振動アクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラ、振動子の製造方法及び振動アクチュエータの製造方法
【課題】駆動効率がよく、容易に製造できる振動アクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラ、振動子の製造方法及び振動アクチュエータを提供する。
【解決手段】本発明の振動アクチュエータ（１０）は、振動子（１１）に設けられた弾性体（１２）と、溝状の境界部分によって複数の領域に区切られた状態で、前記弾性体（１２）上に焼結された電気機械変換素子（１３）とを備える。
【解決手段】本発明の振動アクチュエータ（１０）は、振動子（１１）に設けられた弾性体（１２）と、溝状の境界部分によって複数の領域に区切られた状態で、前記弾性体（１２）上に焼結された電気機械変換素子（１３）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動アクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラ、振動子の製造方法及び振動アクチュエータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動アクチュエータは、電気機械変換素子を駆動信号によって伸縮させ、この伸縮を利用して弾性体の駆動面に進行性振動波（以下、進行波とする）を発生させる。そして振動アクチュエータは、この進行波によって、駆動面に楕円運動を生じさせ、楕円運動の波頭に加圧接触した相対移動部材を駆動させることにより、駆動力を取り出す。
このような振動アクチュエータでは、駆動効率の向上等の観点から、様々な改良が行われている。特許文献１では、圧電素子本体に、電極領域毎に仕切るように圧電素子の厚み方向の少なくとも一部に溝状の切欠部を有する仕切り境界部を設ける例を開示している。
【特許文献１】特開昭６３−２２０７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に開示される手法では、圧電素子の製造工数が多く、生産コストの増加を招くという問題があった。
本発明の課題は、駆動効率がよく、容易に製造できる振動アクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラ、振動子の製造方法及び振動アクチュエータの製造方法を提供することである。
【０００４】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１に記載の発明は、振動子（１１）に設けられた弾性体（１２）と、溝状の境界部分によって複数の領域に区切られた状態で、前記弾性体（１２）上に焼結された電気機械変換素子（１３）とを備えた振動アクチュエータ（１０）である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータ（１０）において、前記電気機械変換素子（１３）は、前記境界部分により、独立した複数の領域に分離されている振動アクチュエータ（１０）である。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の振動アクチュエータ（１０）において、前記電気機械変換素子（１３）の前記複数の領域の表面に電極（１３１）が形成されている振動アクチュエータ（１０）である。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の振動アクチュエータ（１０）において、前記複数の領域の、前記境界部分と接する端部以外の端部の表面には電極（１３１）が形成されていない振動アクチュエータ（１０）である。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）において、前記電気機械変換素子（１３）は、射出成形されて製造されたものである振動アクチュエータ（１０）である。
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）において、隣接する前記複数の領域の、前記電気機械変換素子（１３）の表面における間隔が、０．１ｍｍ以下である振動アクチュエータ（１０）である。
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）において、前記弾性体（１２）の前記電気機械変換素子（１３）が設けられた面と反対側の面に加圧接触された移動体を備えた振動アクチュエータ（１０）である。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の振動アクチュエータ（１０）において、前記弾性体（１２）の前記電気機械変換素子（１３）が設けられた面側に設けられ、前記弾性体（１２）と前記移動体を加圧接触させる加圧力を発生する加圧部を備えた振動アクチュエータ（１０）である。
請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）を備えるレンズ鏡筒である。
請求項１０に記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）を備えるカメラである。
請求項１１に記載の発明は、弾性体（１２）上に、溝状の境界部分によって複数の領域に区切られた状態で電気機械変換素子（１３）を設ける第１の工程（Ｓ３００）と、前記弾性体（１２）と前記電気機械変換素子（１３）とを焼結させる第２の工程（Ｓ４００）と、を備える振動子（１１）の製造方法である。
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の振動子（１１）の製造方法において、前記第１の工程（Ｓ３００）は、前記電気機械変換素子（１３）を、前記溝状の境界部分によって独立した複数の領域に分離して設ける振動子（１１）の製造方法である。
請求項１３に記載の発明は、請求項１１または１２に記載の振動子（１１）の製造方法において、前記第２の工程（Ｓ４００）の後に、前記電気機械変換素子（１３）の前記複数の領域の表面に電極（１３１）を形成する第３の工程（Ｓ５００）を備える振動子（１１）の製造方法である。
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の振動子（１１）の製造方法において、前記第３の工程（Ｓ５００）の後に、前記電気機械変換素子（１３）を前記複数の領域毎に分極する第４の工程（Ｓ６００）を備える振動子（１１）の製造方法である。
請求項１５に記載の発明は、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の振動子（１１）の製造方法において、前記第１の工程（Ｓ３００）は、射出成形によって前記電気機械変換素子（１３）を設ける振動子（１１）の製造方法である。
請求項１６に記載の発明は、請求項１１から１５のいずれか１項に記載の振動子（１１）の製造方法において、前記第１の工程（Ｓ３００）において、隣接する前記複数の領域の、前記電気機械変換素子（１３）の表面における間隔が、０．１ｍｍ以下となるように前記電気機械変換素子（１３）を設ける振動子（１１）の製造方法である。
請求項１７に記載の発明は、請求項１１から１６のいずれか１項に記載の振動子（１１）の製造方法において、前記弾性体（１２）の前記電気機械変換素子（１３）が設けられた面と反対側の面に加圧接触された移動体を設ける振動アクチュエータ（１０）の製造方法である。
請求項１８に記載の発明は、請求項１７に記載の振動アクチュエータ（１０）の製造方法において、前記弾性体（１２）の前記電気機械変換素子（１３）が設けられた面側に、前記弾性体（１２）と前記移動体を加圧接触させる加圧力を発生する加圧部を設ける振動アクチュエータ（１０）の製造方法である。
なお、符号を付して説明した構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。
【０００５】
本発明によれば、駆動効率がよく、容易に製造できる振動アクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラ、振動子の製造方法及び振動アクチュエータの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態を挙げて、さらに詳しく説明する。なお、以下の実施形態は、振動アクチュエータとして超音波の振動域を利用する超音波モータを例に挙げて説明する。
【０００７】
（実施形態）
図１は、本実施形態の超音波モータ１０を用いたカメラ１を示す図である。
本実施形態のカメラ１は、撮像素子６を有するカメラボディ２と、レンズ鏡筒３とを備える。レンズ鏡筒３は、カメラボディ２に着脱可能な交換レンズである。なお、本実施形態のカメラ１では、レンズ鏡筒３が交換レンズである例を示したが、これに限らず、例えば、カメラボディと一体型のレンズ鏡筒であってもよい。
【０００８】
レンズ鏡筒３は、レンズ４、カム筒５、超音波モータ１０等を備える。本実施形態では、超音波モータ１０は、カメラ１のフォーカス動作時にレンズ４を駆動する駆動源として用いられており、超音波モータ１０から得られた駆動力は、カム筒５に伝えられる。レンズ４は、カム筒５とカム係合しており、超音波モータ１０の駆動力によってカム筒５が回転すると、レンズ４は、カム筒５とのカム係合によって光軸方向へ移動し、焦点調節が行われる。
【０００９】
図２は、本実施形態の超音波モータ１０の断面図である。
本実施形態の超音波モータ１０は、振動子１１，移動体１４，緩衝部材１５，支持体１６，緩衝部材１７，加圧部１８，固定部材１９等を備えている。
振動子１１は、弾性体１２，圧電体１３等を備えている。
弾性体１２は、ステンレス材料やインバー材料等の鉄合金や真鍮等の弾性変形が可能な金属材料を用いて形成された略円環形状の部材であり、一方の端面には、圧電体１３が設けられ、他方の面には、複数の溝１２ａを切って形成された櫛歯部１２ｂが形成されている。この櫛歯部１２ｂの先端面は、圧電体１３の励振により、進行波が発生し、移動体１４を駆動する駆動面となる。
【００１０】
圧電体１３は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する機能を有し、本実施形態では、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いて形成されている。この圧電体１３は、駆動信号が入力される電極１３１（図３（ａ）参照）の領域毎に複数形成され、弾性体１２上に焼結されている。電極１３１は、不図示のフレキシブルプリント基板と電気的に接続しており、このフレキシブルプリント基板から供給される駆動信号によって、圧電体１３が励振される。本実施形態の圧電体１３の詳細な形状については、後述する。
【００１１】
移動体１４は、略円環形状の部材であり、後述する加圧部１８の加圧力によって弾性体１２の駆動面に加圧接触され、弾性体１２の進行波によって摩擦駆動される。
緩衝部材１５は、ゴム等を用いて形成された略円環形状の部材である。この緩衝部材１５は、移動体１４の振動を支持体１６側へ伝えないようにする部材であり、移動体１４と支持体１６との間に設けられている。
支持体１６は、移動体１４を支持する部材であり、移動体１４と一体となって回転して移動体１４の回転運動を不図示の被駆動部材に伝達し、かつ、移動体１４の回転中心軸方向の位置を規制する部材である。
【００１２】
加圧部１８は、振動子１１と移動体１４とを加圧接触させる加圧力を発生する部分であり、加圧板１８ａ，皿バネ１８ｂを備えている。加圧板１８ａは、皿バネ１８ｂが発生する加圧力を受ける、略円環形状の板である。
緩衝部材１７は、不織布やフェルト等を用いて形成された略円環形状の部材である。この緩衝部材１７は、振動子１１の振動を加圧部１８側へ伝えないようにする部材であり、圧電体１３と加圧板１８ａとの間に設けられている。
固定部材１９は、本実施形態の超音波モータ１０をレンズ鏡筒３に固定する部材である。
【００１３】
ここで、圧電体１３の形状について詳しく説明する。
図３は、本実施形態の振動子１１を示す図である。図３（ａ）は、振動子１１を加圧部１８側から見た図であり、斜線が設けられた部分は電極１３１が形成されていること示している。図３（ｂ）は、理解を容易にするために、圧電体１３と弾性体１２とを分離して示した斜視図である。
図３に示すように、本実施形態の圧電体１３は、弾性体１２の駆動面とは反対側の面上に複数独立して形成されている。この圧電体１３及び振動子１１の製造方法に関しては後述する。
【００１４】
図３（ａ）に示すように、圧電体１３上には、電極１３１が形成されている。この電極１３１は、分極処理の際の放電を防止する目的から、弾性体１２の径方向における圧電体１３の両端部（内周端、外周端）には形成されておらず、弾性体１２の径方向における圧電体１３の両端部には、圧電体１３の素地部分が所定の幅で露出している。これに対して、弾性体１２の周方向における圧電体１３の両端部には、電極１３１が形成されている。
また、弾性体１２の周方向において、隣接する電極１３１間には、圧電体１３は形成されておらず、振動子１１を加圧部１８側から見ると、弾性体１２が見える形態となっている。なお、本実施形態では、弾性体及び圧電体の外径は約１２ｍｍ、内径は約８ｍｍである。この場合、隣接する電極１３１（圧電体１３）間の間隔Ｗは約０．１ｍｍ以下となるように形成されることが、駆動効率向上の観点から好ましい。本実施形態ではＷ＝０．０５ｍｍである。
【００１５】
この圧電体１３は、弾性体１２の周方向に沿って、２つの相（Ａ相，Ｂ相）の信号が入力される部分に分かれており、各相に対応する部分においては、１／２波長毎に分極が交互になるように異なる極性の要素（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）が並べられている。また、Ａ相とＢ相との間の１／４波長間隔があく部分は、グランド（Ｇ）に対応している。
【００１６】
次に、本実施形態の振動子１１の製造方法を説明する。
図４は、本実施形態の振動子１１の製造方法を示す工程図である。
振動子１１の製造工程は、圧電体準備工程Ｓ１００と、弾性体準備工程Ｓ２００と、射出成形工程Ｓ３００と、焼結工程Ｓ４００と、電極形成工程Ｓ５００と、分極工程Ｓ６００とを備える。
図４に示すように、圧電体準備工程Ｓ１００は、材料確認工程Ｓ１０１と、材料秤量工程Ｓ１０２と、材料混合工程Ｓ１０３と、仮焼結工程Ｓ１０４と、粉砕工程Ｓ１０５と、造粒工程Ｓ１０６と、バインダ混合工程Ｓ１０７と、ペレット化工程Ｓ１０８とを備えている。
【００１７】
材料確認工程Ｓ１０１は、ＰＺＴの材質を確認する工程であり、例えば、蛍光Ｘ線装置を用いて、ＰＺＴの純度が９９．９０％以上であるかを確認する。
材料秤量工程Ｓ１０２は、ＰＺＴの原料の重量を測定する工程であり、例えば、精密天秤を用いて、ＰＺＴの原料の重量が所定の目標値から誤差０．１ｇ以下であるかを確認する。
材料混合工程Ｓ１０３は、ＰＺＴの原料と焼結に必要な所定の材料とを混合する工程であり、例えば、ボールミルを用いて所定の時間（本実施形態では、２時間）混合する。そして、粒度分布計を用いて、混合物の粒径が１〜２μｍであるかを確認する。
【００１８】
仮焼結工程Ｓ１０４は、混合物を仮焼結する工程であり、例えば、温度記録計や温度履歴センサを用いて、温度のプロファイル（設定）が８５０℃から±５℃の範囲内にあるかを確認しながら仮焼結する。
粉砕工程Ｓ１０５は、仮焼結物を粉砕する工程であり、例えば、ボールミルを用いて所定の時間で粉砕する。そして、粒度分布計を用いて、粉砕物の粒径が１〜２μｍとなっているかを確認する。また、Ｘ線回折装置を用いて、ＰＺＴの結晶相から粉砕物中のＰＺＴの割合を確認したり、比表面積測定機を用いて、粉砕物の比表面積が所定の値（本実施形態では、３ｃｍ２／ｇ）であるかを確認したりする。
造粒工程Ｓ１０６は、粉砕物の粉末を固めて粒状にする工程である。ここでは、例えば、スプレードライヤーを用いて所定の温度（本実施形態では、２００℃）で粉砕物を乾燥させ、次に、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を所定量加えて造粒を行う。このとき、ＳＥＭ（電子顕微鏡）を用いて、造粒された造粒子径が所定の値（本実施形態では、３０〜１００μｍ）であるか、また、ＰＶＡが所定の割合となっているかを確認する。
【００１９】
バインダ混合工程Ｓ１０７は、造粒物に所定のバインダを所定量混合する工程であり、例えば、精密天秤を用いて、混合物の総重量が所定の目標値から誤差１ｇ以下であるかを確認する。本実施形態では、バインダとして、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）を用いている。
ペレット化工程Ｓ１０８は、混合物をペレット化（粒状に固めること）する工程であり、例えば、ペレット生成機を用いて行う。
【００２０】
弾性体準備工程Ｓ２００は、弾性体１２を製造する弾性体製造工程Ｓ２０１を備える。本実施形態では、切削加工によって弾性体１２を作製する。
【００２１】
射出成形工程Ｓ３００は、ペレット化された混合物を溶融して射出成形する工程である。図５は、この射出成形工程Ｓ３００を詳細に説明する模式図である。射出成形工程Ｓ３００では、図示するように、弾性体用金型１２Ａの中に弾性体準備工程Ｓ２００で製造された弾性体１２を配置する（Ｓ３０１）。
【００２２】
次いで、圧電素子用金型１３Ａを弾性体用金型１２Ａに対向させて配置する（Ｓ３０２）。この圧電素子用金型１３Ａには、ペレット化された混合物が射出される凹部を複数の領域に分離するように、仕切り１３Ｂが設けられている。
【００２３】
この仕切り１３Ｂは、圧電素子用金型１３Ａを弾性体用金型１２Ａに対向させて配置した図５のＳ３０２に示す状態で、弾性体１２の表面と接触している。この仕切り１３Ｂによって区切られた領域のそれぞれに、ペレット化された混合物を射出成形する（Ｓ３０３）。なお、この射出成形は、射出成形機により、例えば、混合物の温度が１６０〜１７０℃であるか、保圧圧力が所定の値であるか、保圧時間が所定の値であるか等を確認しながら行う。
【００２４】
そして、弾性体１２と圧電素子１３とを加圧するように弾性体用の金型１２Ａと圧電素子用の金型１３Ａとの間に加圧力を加える（Ｓ３０４）。加圧値は、０．５ｔ／ｃｍ2程度が好ましい。なお、射出時に、弾性体１２と圧電素子１３とが十分に加圧されていれば（加圧値が、０．５ｔ／ｃｍ2程度であれば）、この工程は省略してもよい。
【００２５】
弾性体用の金型１２Ａと圧電素子用の金型１３Ａとから弾性体１２と圧電素子１３とを抜き出す（Ｓ３０５）。なお、射出成形工程Ｓ３００後には、不要となった樹脂バインダを取り除く脱脂工程があり、例えば、熱分解法等によって脱脂を行う。
【００２６】
図４に戻り、焼結工程Ｓ４００は、射出成形工程Ｓ３００によって一体に形成された弾性体１２と圧電体１３とを加熱して、圧電体１３を焼結する工程であり、焼結工程の焼結温度は、１０００〜１２００℃であることが好ましい。焼結工程Ｓ４００は、例えば、温度記録計や温度履歴センサを用いて、温度のプロファイルが１１００℃から±１０℃の範囲にあるかを確認しながら行う。また、焼結した後に精密天秤を用いて、焼結密度が所定の値であるかを確認し、ＳＥＭを用いて結晶粒子径が所定の値（本実施形態では２μｍ程度）であるかを確認する。この焼結工程Ｓ４００によって、混合物となっていた圧電体が、焼結体としての圧電体１３となり、弾性体１２と完全に接合される。
【００２７】
電極形成工程Ｓ５００は、圧電体１３に電極を形成する工程であり、例えば、スクリーン印刷機を用いて、電極１３１を印刷によって形成する。また、ＳＥＭを用いて、印刷された電極１３１の膜厚が２〜５μｍであるかを確認する。
分極工程Ｓ６００は、圧電体１３を分極する工程であり、例えば、所定の電源を用いて、２５ｋＶ／ｃｍ２の電圧を印加する。また、温度計を用いて、分極時の圧電体１３の温度が１００℃となるようにし、タイマーを用いて、３０分間電圧をかける。なお、分極は、＋の電極と−の電極とで圧電体１３を挟み込んで行う必要があるが、本実施形態では、一方の電極には、印刷によって形成された電極１３１を用い、他方の電極には、弾性体１２を用いる。
分極工程Ｓ６００の後、必要であれば弾性体１２の駆動面の平面性を確保するための研磨加工等を行い、本実施形態の振動子１１が完成する。その後に、超音波モータ１０を組み立てる組み立て工程等を経て、本実施形態の超音波モータ１０が完成する。
【００２８】
従来のように略円環形状の圧電体上に各電極を形成する方法では、圧電体の分極処理時の放電を防ぐため、各電極間には所定の間隔を設ける必要がある。従って、圧電体の電極間には、電極が形成されない圧電体の素地部分が存在する。この圧電体の素地部分は、電極が形成されていないので、分極処理を行っても未分極のままである。
そのため、超音波モータを駆動する駆動信号を各電極に与えた際には、電極が形成されている領域の圧電体は駆動信号により伸縮するが、圧電体の素地部分は、伸縮しないので弾性体の励振には寄与せず、また、電極間に存在するため電極が形成されている領域の圧電体の伸縮を阻害して弾性体の励振を妨げ、超音波モータの駆動効率を下げる要因となるという問題があった。
これに対して、本実施形態によれば、圧電体１３を、各電極１３１に対応した領域毎に複数形成したので、電極１３１間に未分極のまま存在する圧電体の領域が無くなり、電極１３１が形成されている領域の圧電体１３の伸縮を阻害しないので、超音波モータ１０の駆動効率の向上が期待できる。
【００２９】
また、従来のように略円環形状の圧電体上に各電極を形成する方法では、分極処理時の放電を防ぐために、各電極毎に１つ１つ分極処理を行うと、電極が形成されたある領域の圧電体は伸び、ある領域の圧電体は縮み、電極が形成されない電極間の圧電体の素地部分は変形しないため、分極処理後の圧電体は変形していびつな形状となる。
そのため、圧電体上に形成された複数の電極を同時に分極する必要があり、複数の電極を同時に分極する際には、放電を防止するために、隣接する電極間に所定の間隔を設ける必要があった。この放電防止のために設けられる隣接する電極間の間隔（図３（ａ）におけるＷに相当）は、０．４〜０．５ｍｍであった。
【００３０】
しかし、本実施形態によれば、各電極１３１毎に圧電体１３が独立して形成されているので、各電極１３１毎に分極処理を行った場合にも変形しない。従って、本実施形態によれば、全ての電極を同時に分極しなくてもよく、隣接する電極間の間隔を狭くできる。
本実施形態によれば、隣接する電極１３１（圧電体１３）の間隔Ｗ＝０．０５ｍｍとしたので、これにより、電極１３１の総面積が約６％増加し、弾性体１２の励振に寄与する圧電体１３の面積が増加する。
このことから、弾性体１２を励振する効果が高まり、超音波モータの駆動効率向上が期待できる。
なお、本実施形態では、分極時の放電を防止する観点から、隣接しており、かつ、異なる極性（分極方向）に分極する圧電体１３同士は、極性毎に分けて分極処理を行っている。
【００３１】
さらに、圧電体１３は、従来のような圧電体と弾性体とを接着剤を用いて接合する製造法では、部品の洗浄・乾燥、接着剤の塗布、固定治具による保持、加熱硬化、固定時具の取り外し等の工程や、接着剤の塗布量、接着剤の温度、加圧力、加圧時間、硬化温度、硬化時間等の工程時の管理項目が必要とされる。
しかし、本実施形態によれば、圧電体１３の製造工程の１つである射出成形工程Ｓ３００によって弾性体１２に対して圧電体１３を一体とし、焼結工程によって接着剤等を用いることなく完全に接合できるので、工程数を少なくし、上述のような各種管理項目をなくすことができ、振動子１１の製造、ひいては超音波モータ１０の製造が容易に行える。
【００３２】
加えて、従来のように、圧電体と弾性体とを接着剤を用いて接合した振動子では、接着剤の層が圧電体と弾性体との間に存在することにより振動が減衰するという問題や、十分な接着強度を確保するために、接着剤の材料の選定や、弾性体の圧電体が接合される面を粗くする加工等が必要となるという問題があった。
しかし、本実施形態によれば、圧電体１３と弾性体１２とは直接接合されており、圧電体１３と弾性体１２との間には振動伝達を阻害するものがないので、弾性体１２を効率よく励振できる。また、本実施形態によれば、圧電体１３を焼結させて弾性体１２と接合するので、簡単に十分な接合強度で圧電体１３と弾性体１２とを一体に接合できる。
【００３３】
さらに、本実施形態のような圧電体１３を、略円環形状の圧電体を所定の形状に切断する等によって形成しようとする場合、圧電体１３は、その材質の性質上、割れやすいため、切断等の加工は困難である。
しかし、本実施形態によれば、容易に圧電体１３を作製することができる。
【００３４】
（変形形態）
【００３５】
（１）本実施形態における圧電体用金型１３Ａは、弾性体１２に対向させて配置したときに、仕切り１３Ｂが弾性体１２と接触することにより、複数の領域に完全に分離された凹部を有する。そしてこの分離された各領域に、圧電体の材料をそれぞれ射出成形することにより分離された圧電体１３を複数独立して形成する例を示した。
しかし、圧電体は以下のように形成してもよい。例えば、仕切りの高さを低くし、弾性体に圧電体用金型を接触させたときに、弾性体の表面と仕切りとの間に隙間が形成されるようにしてもよい。このように形成された圧電体は、隣接する圧電体同士が完全に分離されず、弾性体側において連続し、溝によって複数の領域に実質的に区切られた１つの圧電体となる。このようにすると、混合物を射出する際に、その隙間から他の領域に混合物が流入することができる。このため、例えば射出口が一箇所であっても凹部全体に混合物を注入させることができ、射出が容易で且つ均一に行うことができる。
【００３６】
（２）さらに、圧電体用金型に仕切りを設けない形態であってもよい。この場合、圧電体用金型は仕切りのない円環状の凹部を有するように形成される。その凹部に混合物を射出し、弾性体上に形成された円環状の圧電体の一部を放射線状に削ることにより圧電体を複数の領域に分割する。
【００３７】
(３)本実施形態では、弾性体用金型１２Ａに圧電体用金型１３Ａを対向配置してその中に混合物を射出することにより圧電体１３を成型した。しかし、圧電体を弾性体と別個に製造し、それを弾性体に接着してもよい。この場合、圧電体は、単独で射出成形により製造されても良く、また、シート状の材料から型を抜くことにより製造されてもよい。さらに、円筒体をスライスすることにより製造されてもよい。
また、これらの方法で製造する圧電体は、円環状であってもよく、また円環が複数個に分割された形を有していてもよい。
円環状の圧電体の場合、その圧電体を弾性体に接着し、その後、圧電体の一部を放射線状に削ることにより圧電体を複数の領域に分割してもよい。この場合、圧電体を弾性体に接着する際の位置決めが容易である。
また、円環が複数個に分割された圧電体の場合、圧電体を全体として略円環状となるようにして弾性体に接着する。この場合、圧電体を削って分割する手間が省ける。
【００３８】
（４）本実施形態において、電極１３１は、弾性体１２の径方向における圧電体１３の両端部には形成されない例を示したが、これに限らず、例えば、圧電体１３の全面に形成してもよい。この場合、分極処理の際に放電しないような対策が講じられることが好ましい。
【００３９】
（５）本実施形態において、振動アクチュエータとして、移動体１４が回転駆動される回転型の超音波モータ１０を例に挙げて説明したが、これに限らず、リニア型の超音波モータとしてもよい。また、ロッド型、ペンシル型、円盤型等の振動アクチュエータとしてもよい。
【００４０】
（６）本実施形態において、振動アクチュエータとして超音波モータ１０を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、超音波領域以外の振動を利用する振動アクチュエータとしてもよい。
【００４１】
（７）本実施形態において、超音波モータ１０が、カメラ１のオートフォーカスの駆動源として用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、カメラのズーム動作の駆動源や、カメラの撮像系の一部を駆動して手振れを補正する手振れ補正機構の駆動源、複写機の駆動部、自動車のハンドルチルト装置、時計の駆動装置等に適用することができる。
なお、本実施形態及び各変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態の超音波モータを用いたカメラを示す図である。
【図２】本実施形態の超音波モータの断面図である。
【図３】本実施形態の振動子を示す図であり、（ａ）は振動子を加圧部側から見た図、（ｂ）は圧電体と弾性体とを分離して示した斜視図である。
【図４】本実施形態の振動子の製造方法を示す工程図である。
【図５】射出成形工程を詳細に説明する模式図である。
【符号の説明】
【００４３】
１：カメラ、１０：超音波モータ、１１：振動子、１２：弾性体、１３：圧電体、１３１：電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動アクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラ、振動子の製造方法及び振動アクチュエータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動アクチュエータは、電気機械変換素子を駆動信号によって伸縮させ、この伸縮を利用して弾性体の駆動面に進行性振動波（以下、進行波とする）を発生させる。そして振動アクチュエータは、この進行波によって、駆動面に楕円運動を生じさせ、楕円運動の波頭に加圧接触した相対移動部材を駆動させることにより、駆動力を取り出す。
このような振動アクチュエータでは、駆動効率の向上等の観点から、様々な改良が行われている。特許文献１では、圧電素子本体に、電極領域毎に仕切るように圧電素子の厚み方向の少なくとも一部に溝状の切欠部を有する仕切り境界部を設ける例を開示している。
【特許文献１】特開昭６３−２２０７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に開示される手法では、圧電素子の製造工数が多く、生産コストの増加を招くという問題があった。
本発明の課題は、駆動効率がよく、容易に製造できる振動アクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラ、振動子の製造方法及び振動アクチュエータの製造方法を提供することである。
【０００４】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１に記載の発明は、振動子（１１）に設けられた弾性体（１２）と、溝状の境界部分によって複数の領域に区切られた状態で、前記弾性体（１２）上に焼結された電気機械変換素子（１３）とを備えた振動アクチュエータ（１０）である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータ（１０）において、前記電気機械変換素子（１３）は、前記境界部分により、独立した複数の領域に分離されている振動アクチュエータ（１０）である。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の振動アクチュエータ（１０）において、前記電気機械変換素子（１３）の前記複数の領域の表面に電極（１３１）が形成されている振動アクチュエータ（１０）である。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の振動アクチュエータ（１０）において、前記複数の領域の、前記境界部分と接する端部以外の端部の表面には電極（１３１）が形成されていない振動アクチュエータ（１０）である。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）において、前記電気機械変換素子（１３）は、射出成形されて製造されたものである振動アクチュエータ（１０）である。
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）において、隣接する前記複数の領域の、前記電気機械変換素子（１３）の表面における間隔が、０．１ｍｍ以下である振動アクチュエータ（１０）である。
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）において、前記弾性体（１２）の前記電気機械変換素子（１３）が設けられた面と反対側の面に加圧接触された移動体を備えた振動アクチュエータ（１０）である。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の振動アクチュエータ（１０）において、前記弾性体（１２）の前記電気機械変換素子（１３）が設けられた面側に設けられ、前記弾性体（１２）と前記移動体を加圧接触させる加圧力を発生する加圧部を備えた振動アクチュエータ（１０）である。
請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）を備えるレンズ鏡筒である。
請求項１０に記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の振動アクチュエータ（１０）を備えるカメラである。
請求項１１に記載の発明は、弾性体（１２）上に、溝状の境界部分によって複数の領域に区切られた状態で電気機械変換素子（１３）を設ける第１の工程（Ｓ３００）と、前記弾性体（１２）と前記電気機械変換素子（１３）とを焼結させる第２の工程（Ｓ４００）と、を備える振動子（１１）の製造方法である。
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の振動子（１１）の製造方法において、前記第１の工程（Ｓ３００）は、前記電気機械変換素子（１３）を、前記溝状の境界部分によって独立した複数の領域に分離して設ける振動子（１１）の製造方法である。
請求項１３に記載の発明は、請求項１１または１２に記載の振動子（１１）の製造方法において、前記第２の工程（Ｓ４００）の後に、前記電気機械変換素子（１３）の前記複数の領域の表面に電極（１３１）を形成する第３の工程（Ｓ５００）を備える振動子（１１）の製造方法である。
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の振動子（１１）の製造方法において、前記第３の工程（Ｓ５００）の後に、前記電気機械変換素子（１３）を前記複数の領域毎に分極する第４の工程（Ｓ６００）を備える振動子（１１）の製造方法である。
請求項１５に記載の発明は、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の振動子（１１）の製造方法において、前記第１の工程（Ｓ３００）は、射出成形によって前記電気機械変換素子（１３）を設ける振動子（１１）の製造方法である。
請求項１６に記載の発明は、請求項１１から１５のいずれか１項に記載の振動子（１１）の製造方法において、前記第１の工程（Ｓ３００）において、隣接する前記複数の領域の、前記電気機械変換素子（１３）の表面における間隔が、０．１ｍｍ以下となるように前記電気機械変換素子（１３）を設ける振動子（１１）の製造方法である。
請求項１７に記載の発明は、請求項１１から１６のいずれか１項に記載の振動子（１１）の製造方法において、前記弾性体（１２）の前記電気機械変換素子（１３）が設けられた面と反対側の面に加圧接触された移動体を設ける振動アクチュエータ（１０）の製造方法である。
請求項１８に記載の発明は、請求項１７に記載の振動アクチュエータ（１０）の製造方法において、前記弾性体（１２）の前記電気機械変換素子（１３）が設けられた面側に、前記弾性体（１２）と前記移動体を加圧接触させる加圧力を発生する加圧部を設ける振動アクチュエータ（１０）の製造方法である。
なお、符号を付して説明した構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。
【０００５】
本発明によれば、駆動効率がよく、容易に製造できる振動アクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラ、振動子の製造方法及び振動アクチュエータの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態を挙げて、さらに詳しく説明する。なお、以下の実施形態は、振動アクチュエータとして超音波の振動域を利用する超音波モータを例に挙げて説明する。
【０００７】
（実施形態）
図１は、本実施形態の超音波モータ１０を用いたカメラ１を示す図である。
本実施形態のカメラ１は、撮像素子６を有するカメラボディ２と、レンズ鏡筒３とを備える。レンズ鏡筒３は、カメラボディ２に着脱可能な交換レンズである。なお、本実施形態のカメラ１では、レンズ鏡筒３が交換レンズである例を示したが、これに限らず、例えば、カメラボディと一体型のレンズ鏡筒であってもよい。
【０００８】
レンズ鏡筒３は、レンズ４、カム筒５、超音波モータ１０等を備える。本実施形態では、超音波モータ１０は、カメラ１のフォーカス動作時にレンズ４を駆動する駆動源として用いられており、超音波モータ１０から得られた駆動力は、カム筒５に伝えられる。レンズ４は、カム筒５とカム係合しており、超音波モータ１０の駆動力によってカム筒５が回転すると、レンズ４は、カム筒５とのカム係合によって光軸方向へ移動し、焦点調節が行われる。
【０００９】
図２は、本実施形態の超音波モータ１０の断面図である。
本実施形態の超音波モータ１０は、振動子１１，移動体１４，緩衝部材１５，支持体１６，緩衝部材１７，加圧部１８，固定部材１９等を備えている。
振動子１１は、弾性体１２，圧電体１３等を備えている。
弾性体１２は、ステンレス材料やインバー材料等の鉄合金や真鍮等の弾性変形が可能な金属材料を用いて形成された略円環形状の部材であり、一方の端面には、圧電体１３が設けられ、他方の面には、複数の溝１２ａを切って形成された櫛歯部１２ｂが形成されている。この櫛歯部１２ｂの先端面は、圧電体１３の励振により、進行波が発生し、移動体１４を駆動する駆動面となる。
【００１０】
圧電体１３は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する機能を有し、本実施形態では、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いて形成されている。この圧電体１３は、駆動信号が入力される電極１３１（図３（ａ）参照）の領域毎に複数形成され、弾性体１２上に焼結されている。電極１３１は、不図示のフレキシブルプリント基板と電気的に接続しており、このフレキシブルプリント基板から供給される駆動信号によって、圧電体１３が励振される。本実施形態の圧電体１３の詳細な形状については、後述する。
【００１１】
移動体１４は、略円環形状の部材であり、後述する加圧部１８の加圧力によって弾性体１２の駆動面に加圧接触され、弾性体１２の進行波によって摩擦駆動される。
緩衝部材１５は、ゴム等を用いて形成された略円環形状の部材である。この緩衝部材１５は、移動体１４の振動を支持体１６側へ伝えないようにする部材であり、移動体１４と支持体１６との間に設けられている。
支持体１６は、移動体１４を支持する部材であり、移動体１４と一体となって回転して移動体１４の回転運動を不図示の被駆動部材に伝達し、かつ、移動体１４の回転中心軸方向の位置を規制する部材である。
【００１２】
加圧部１８は、振動子１１と移動体１４とを加圧接触させる加圧力を発生する部分であり、加圧板１８ａ，皿バネ１８ｂを備えている。加圧板１８ａは、皿バネ１８ｂが発生する加圧力を受ける、略円環形状の板である。
緩衝部材１７は、不織布やフェルト等を用いて形成された略円環形状の部材である。この緩衝部材１７は、振動子１１の振動を加圧部１８側へ伝えないようにする部材であり、圧電体１３と加圧板１８ａとの間に設けられている。
固定部材１９は、本実施形態の超音波モータ１０をレンズ鏡筒３に固定する部材である。
【００１３】
ここで、圧電体１３の形状について詳しく説明する。
図３は、本実施形態の振動子１１を示す図である。図３（ａ）は、振動子１１を加圧部１８側から見た図であり、斜線が設けられた部分は電極１３１が形成されていること示している。図３（ｂ）は、理解を容易にするために、圧電体１３と弾性体１２とを分離して示した斜視図である。
図３に示すように、本実施形態の圧電体１３は、弾性体１２の駆動面とは反対側の面上に複数独立して形成されている。この圧電体１３及び振動子１１の製造方法に関しては後述する。
【００１４】
図３（ａ）に示すように、圧電体１３上には、電極１３１が形成されている。この電極１３１は、分極処理の際の放電を防止する目的から、弾性体１２の径方向における圧電体１３の両端部（内周端、外周端）には形成されておらず、弾性体１２の径方向における圧電体１３の両端部には、圧電体１３の素地部分が所定の幅で露出している。これに対して、弾性体１２の周方向における圧電体１３の両端部には、電極１３１が形成されている。
また、弾性体１２の周方向において、隣接する電極１３１間には、圧電体１３は形成されておらず、振動子１１を加圧部１８側から見ると、弾性体１２が見える形態となっている。なお、本実施形態では、弾性体及び圧電体の外径は約１２ｍｍ、内径は約８ｍｍである。この場合、隣接する電極１３１（圧電体１３）間の間隔Ｗは約０．１ｍｍ以下となるように形成されることが、駆動効率向上の観点から好ましい。本実施形態ではＷ＝０．０５ｍｍである。
【００１５】
この圧電体１３は、弾性体１２の周方向に沿って、２つの相（Ａ相，Ｂ相）の信号が入力される部分に分かれており、各相に対応する部分においては、１／２波長毎に分極が交互になるように異なる極性の要素（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）が並べられている。また、Ａ相とＢ相との間の１／４波長間隔があく部分は、グランド（Ｇ）に対応している。
【００１６】
次に、本実施形態の振動子１１の製造方法を説明する。
図４は、本実施形態の振動子１１の製造方法を示す工程図である。
振動子１１の製造工程は、圧電体準備工程Ｓ１００と、弾性体準備工程Ｓ２００と、射出成形工程Ｓ３００と、焼結工程Ｓ４００と、電極形成工程Ｓ５００と、分極工程Ｓ６００とを備える。
図４に示すように、圧電体準備工程Ｓ１００は、材料確認工程Ｓ１０１と、材料秤量工程Ｓ１０２と、材料混合工程Ｓ１０３と、仮焼結工程Ｓ１０４と、粉砕工程Ｓ１０５と、造粒工程Ｓ１０６と、バインダ混合工程Ｓ１０７と、ペレット化工程Ｓ１０８とを備えている。
【００１７】
材料確認工程Ｓ１０１は、ＰＺＴの材質を確認する工程であり、例えば、蛍光Ｘ線装置を用いて、ＰＺＴの純度が９９．９０％以上であるかを確認する。
材料秤量工程Ｓ１０２は、ＰＺＴの原料の重量を測定する工程であり、例えば、精密天秤を用いて、ＰＺＴの原料の重量が所定の目標値から誤差０．１ｇ以下であるかを確認する。
材料混合工程Ｓ１０３は、ＰＺＴの原料と焼結に必要な所定の材料とを混合する工程であり、例えば、ボールミルを用いて所定の時間（本実施形態では、２時間）混合する。そして、粒度分布計を用いて、混合物の粒径が１〜２μｍであるかを確認する。
【００１８】
仮焼結工程Ｓ１０４は、混合物を仮焼結する工程であり、例えば、温度記録計や温度履歴センサを用いて、温度のプロファイル（設定）が８５０℃から±５℃の範囲内にあるかを確認しながら仮焼結する。
粉砕工程Ｓ１０５は、仮焼結物を粉砕する工程であり、例えば、ボールミルを用いて所定の時間で粉砕する。そして、粒度分布計を用いて、粉砕物の粒径が１〜２μｍとなっているかを確認する。また、Ｘ線回折装置を用いて、ＰＺＴの結晶相から粉砕物中のＰＺＴの割合を確認したり、比表面積測定機を用いて、粉砕物の比表面積が所定の値（本実施形態では、３ｃｍ２／ｇ）であるかを確認したりする。
造粒工程Ｓ１０６は、粉砕物の粉末を固めて粒状にする工程である。ここでは、例えば、スプレードライヤーを用いて所定の温度（本実施形態では、２００℃）で粉砕物を乾燥させ、次に、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を所定量加えて造粒を行う。このとき、ＳＥＭ（電子顕微鏡）を用いて、造粒された造粒子径が所定の値（本実施形態では、３０〜１００μｍ）であるか、また、ＰＶＡが所定の割合となっているかを確認する。
【００１９】
バインダ混合工程Ｓ１０７は、造粒物に所定のバインダを所定量混合する工程であり、例えば、精密天秤を用いて、混合物の総重量が所定の目標値から誤差１ｇ以下であるかを確認する。本実施形態では、バインダとして、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）を用いている。
ペレット化工程Ｓ１０８は、混合物をペレット化（粒状に固めること）する工程であり、例えば、ペレット生成機を用いて行う。
【００２０】
弾性体準備工程Ｓ２００は、弾性体１２を製造する弾性体製造工程Ｓ２０１を備える。本実施形態では、切削加工によって弾性体１２を作製する。
【００２１】
射出成形工程Ｓ３００は、ペレット化された混合物を溶融して射出成形する工程である。図５は、この射出成形工程Ｓ３００を詳細に説明する模式図である。射出成形工程Ｓ３００では、図示するように、弾性体用金型１２Ａの中に弾性体準備工程Ｓ２００で製造された弾性体１２を配置する（Ｓ３０１）。
【００２２】
次いで、圧電素子用金型１３Ａを弾性体用金型１２Ａに対向させて配置する（Ｓ３０２）。この圧電素子用金型１３Ａには、ペレット化された混合物が射出される凹部を複数の領域に分離するように、仕切り１３Ｂが設けられている。
【００２３】
この仕切り１３Ｂは、圧電素子用金型１３Ａを弾性体用金型１２Ａに対向させて配置した図５のＳ３０２に示す状態で、弾性体１２の表面と接触している。この仕切り１３Ｂによって区切られた領域のそれぞれに、ペレット化された混合物を射出成形する（Ｓ３０３）。なお、この射出成形は、射出成形機により、例えば、混合物の温度が１６０〜１７０℃であるか、保圧圧力が所定の値であるか、保圧時間が所定の値であるか等を確認しながら行う。
【００２４】
そして、弾性体１２と圧電素子１３とを加圧するように弾性体用の金型１２Ａと圧電素子用の金型１３Ａとの間に加圧力を加える（Ｓ３０４）。加圧値は、０．５ｔ／ｃｍ2程度が好ましい。なお、射出時に、弾性体１２と圧電素子１３とが十分に加圧されていれば（加圧値が、０．５ｔ／ｃｍ2程度であれば）、この工程は省略してもよい。
【００２５】
弾性体用の金型１２Ａと圧電素子用の金型１３Ａとから弾性体１２と圧電素子１３とを抜き出す（Ｓ３０５）。なお、射出成形工程Ｓ３００後には、不要となった樹脂バインダを取り除く脱脂工程があり、例えば、熱分解法等によって脱脂を行う。
【００２６】
図４に戻り、焼結工程Ｓ４００は、射出成形工程Ｓ３００によって一体に形成された弾性体１２と圧電体１３とを加熱して、圧電体１３を焼結する工程であり、焼結工程の焼結温度は、１０００〜１２００℃であることが好ましい。焼結工程Ｓ４００は、例えば、温度記録計や温度履歴センサを用いて、温度のプロファイルが１１００℃から±１０℃の範囲にあるかを確認しながら行う。また、焼結した後に精密天秤を用いて、焼結密度が所定の値であるかを確認し、ＳＥＭを用いて結晶粒子径が所定の値（本実施形態では２μｍ程度）であるかを確認する。この焼結工程Ｓ４００によって、混合物となっていた圧電体が、焼結体としての圧電体１３となり、弾性体１２と完全に接合される。
【００２７】
電極形成工程Ｓ５００は、圧電体１３に電極を形成する工程であり、例えば、スクリーン印刷機を用いて、電極１３１を印刷によって形成する。また、ＳＥＭを用いて、印刷された電極１３１の膜厚が２〜５μｍであるかを確認する。
分極工程Ｓ６００は、圧電体１３を分極する工程であり、例えば、所定の電源を用いて、２５ｋＶ／ｃｍ２の電圧を印加する。また、温度計を用いて、分極時の圧電体１３の温度が１００℃となるようにし、タイマーを用いて、３０分間電圧をかける。なお、分極は、＋の電極と−の電極とで圧電体１３を挟み込んで行う必要があるが、本実施形態では、一方の電極には、印刷によって形成された電極１３１を用い、他方の電極には、弾性体１２を用いる。
分極工程Ｓ６００の後、必要であれば弾性体１２の駆動面の平面性を確保するための研磨加工等を行い、本実施形態の振動子１１が完成する。その後に、超音波モータ１０を組み立てる組み立て工程等を経て、本実施形態の超音波モータ１０が完成する。
【００２８】
従来のように略円環形状の圧電体上に各電極を形成する方法では、圧電体の分極処理時の放電を防ぐため、各電極間には所定の間隔を設ける必要がある。従って、圧電体の電極間には、電極が形成されない圧電体の素地部分が存在する。この圧電体の素地部分は、電極が形成されていないので、分極処理を行っても未分極のままである。
そのため、超音波モータを駆動する駆動信号を各電極に与えた際には、電極が形成されている領域の圧電体は駆動信号により伸縮するが、圧電体の素地部分は、伸縮しないので弾性体の励振には寄与せず、また、電極間に存在するため電極が形成されている領域の圧電体の伸縮を阻害して弾性体の励振を妨げ、超音波モータの駆動効率を下げる要因となるという問題があった。
これに対して、本実施形態によれば、圧電体１３を、各電極１３１に対応した領域毎に複数形成したので、電極１３１間に未分極のまま存在する圧電体の領域が無くなり、電極１３１が形成されている領域の圧電体１３の伸縮を阻害しないので、超音波モータ１０の駆動効率の向上が期待できる。
【００２９】
また、従来のように略円環形状の圧電体上に各電極を形成する方法では、分極処理時の放電を防ぐために、各電極毎に１つ１つ分極処理を行うと、電極が形成されたある領域の圧電体は伸び、ある領域の圧電体は縮み、電極が形成されない電極間の圧電体の素地部分は変形しないため、分極処理後の圧電体は変形していびつな形状となる。
そのため、圧電体上に形成された複数の電極を同時に分極する必要があり、複数の電極を同時に分極する際には、放電を防止するために、隣接する電極間に所定の間隔を設ける必要があった。この放電防止のために設けられる隣接する電極間の間隔（図３（ａ）におけるＷに相当）は、０．４〜０．５ｍｍであった。
【００３０】
しかし、本実施形態によれば、各電極１３１毎に圧電体１３が独立して形成されているので、各電極１３１毎に分極処理を行った場合にも変形しない。従って、本実施形態によれば、全ての電極を同時に分極しなくてもよく、隣接する電極間の間隔を狭くできる。
本実施形態によれば、隣接する電極１３１（圧電体１３）の間隔Ｗ＝０．０５ｍｍとしたので、これにより、電極１３１の総面積が約６％増加し、弾性体１２の励振に寄与する圧電体１３の面積が増加する。
このことから、弾性体１２を励振する効果が高まり、超音波モータの駆動効率向上が期待できる。
なお、本実施形態では、分極時の放電を防止する観点から、隣接しており、かつ、異なる極性（分極方向）に分極する圧電体１３同士は、極性毎に分けて分極処理を行っている。
【００３１】
さらに、圧電体１３は、従来のような圧電体と弾性体とを接着剤を用いて接合する製造法では、部品の洗浄・乾燥、接着剤の塗布、固定治具による保持、加熱硬化、固定時具の取り外し等の工程や、接着剤の塗布量、接着剤の温度、加圧力、加圧時間、硬化温度、硬化時間等の工程時の管理項目が必要とされる。
しかし、本実施形態によれば、圧電体１３の製造工程の１つである射出成形工程Ｓ３００によって弾性体１２に対して圧電体１３を一体とし、焼結工程によって接着剤等を用いることなく完全に接合できるので、工程数を少なくし、上述のような各種管理項目をなくすことができ、振動子１１の製造、ひいては超音波モータ１０の製造が容易に行える。
【００３２】
加えて、従来のように、圧電体と弾性体とを接着剤を用いて接合した振動子では、接着剤の層が圧電体と弾性体との間に存在することにより振動が減衰するという問題や、十分な接着強度を確保するために、接着剤の材料の選定や、弾性体の圧電体が接合される面を粗くする加工等が必要となるという問題があった。
しかし、本実施形態によれば、圧電体１３と弾性体１２とは直接接合されており、圧電体１３と弾性体１２との間には振動伝達を阻害するものがないので、弾性体１２を効率よく励振できる。また、本実施形態によれば、圧電体１３を焼結させて弾性体１２と接合するので、簡単に十分な接合強度で圧電体１３と弾性体１２とを一体に接合できる。
【００３３】
さらに、本実施形態のような圧電体１３を、略円環形状の圧電体を所定の形状に切断する等によって形成しようとする場合、圧電体１３は、その材質の性質上、割れやすいため、切断等の加工は困難である。
しかし、本実施形態によれば、容易に圧電体１３を作製することができる。
【００３４】
（変形形態）
【００３５】
（１）本実施形態における圧電体用金型１３Ａは、弾性体１２に対向させて配置したときに、仕切り１３Ｂが弾性体１２と接触することにより、複数の領域に完全に分離された凹部を有する。そしてこの分離された各領域に、圧電体の材料をそれぞれ射出成形することにより分離された圧電体１３を複数独立して形成する例を示した。
しかし、圧電体は以下のように形成してもよい。例えば、仕切りの高さを低くし、弾性体に圧電体用金型を接触させたときに、弾性体の表面と仕切りとの間に隙間が形成されるようにしてもよい。このように形成された圧電体は、隣接する圧電体同士が完全に分離されず、弾性体側において連続し、溝によって複数の領域に実質的に区切られた１つの圧電体となる。このようにすると、混合物を射出する際に、その隙間から他の領域に混合物が流入することができる。このため、例えば射出口が一箇所であっても凹部全体に混合物を注入させることができ、射出が容易で且つ均一に行うことができる。
【００３６】
（２）さらに、圧電体用金型に仕切りを設けない形態であってもよい。この場合、圧電体用金型は仕切りのない円環状の凹部を有するように形成される。その凹部に混合物を射出し、弾性体上に形成された円環状の圧電体の一部を放射線状に削ることにより圧電体を複数の領域に分割する。
【００３７】
(３)本実施形態では、弾性体用金型１２Ａに圧電体用金型１３Ａを対向配置してその中に混合物を射出することにより圧電体１３を成型した。しかし、圧電体を弾性体と別個に製造し、それを弾性体に接着してもよい。この場合、圧電体は、単独で射出成形により製造されても良く、また、シート状の材料から型を抜くことにより製造されてもよい。さらに、円筒体をスライスすることにより製造されてもよい。
また、これらの方法で製造する圧電体は、円環状であってもよく、また円環が複数個に分割された形を有していてもよい。
円環状の圧電体の場合、その圧電体を弾性体に接着し、その後、圧電体の一部を放射線状に削ることにより圧電体を複数の領域に分割してもよい。この場合、圧電体を弾性体に接着する際の位置決めが容易である。
また、円環が複数個に分割された圧電体の場合、圧電体を全体として略円環状となるようにして弾性体に接着する。この場合、圧電体を削って分割する手間が省ける。
【００３８】
（４）本実施形態において、電極１３１は、弾性体１２の径方向における圧電体１３の両端部には形成されない例を示したが、これに限らず、例えば、圧電体１３の全面に形成してもよい。この場合、分極処理の際に放電しないような対策が講じられることが好ましい。
【００３９】
（５）本実施形態において、振動アクチュエータとして、移動体１４が回転駆動される回転型の超音波モータ１０を例に挙げて説明したが、これに限らず、リニア型の超音波モータとしてもよい。また、ロッド型、ペンシル型、円盤型等の振動アクチュエータとしてもよい。
【００４０】
（６）本実施形態において、振動アクチュエータとして超音波モータ１０を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、超音波領域以外の振動を利用する振動アクチュエータとしてもよい。
【００４１】
（７）本実施形態において、超音波モータ１０が、カメラ１のオートフォーカスの駆動源として用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、カメラのズーム動作の駆動源や、カメラの撮像系の一部を駆動して手振れを補正する手振れ補正機構の駆動源、複写機の駆動部、自動車のハンドルチルト装置、時計の駆動装置等に適用することができる。
なお、本実施形態及び各変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態の超音波モータを用いたカメラを示す図である。
【図２】本実施形態の超音波モータの断面図である。
【図３】本実施形態の振動子を示す図であり、（ａ）は振動子を加圧部側から見た図、（ｂ）は圧電体と弾性体とを分離して示した斜視図である。
【図４】本実施形態の振動子の製造方法を示す工程図である。
【図５】射出成形工程を詳細に説明する模式図である。
【符号の説明】
【００４３】
１：カメラ、１０：超音波モータ、１１：振動子、１２：弾性体、１３：圧電体、１３１：電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子に設けられた弾性体と、
溝状の境界部分によって複数の領域に区切られた状態で、前記弾性体上に焼結された電気機械変換素子と、
を備えた振動アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記電気機械変換素子は、前記境界部分により、独立した複数の領域に分離されている振動アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記電気機械変換素子の前記複数の領域の表面に電極が形成されている振動アクチュエータ。
【請求項４】
請求項３に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記複数の領域の、前記境界部分と接する端部以外の端部の表面には電極が形成されていない振動アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記電気機械変換素子は、射出成形されて製造されたものである振動アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、
隣接する前記複数の領域の、前記電気機械変換素子の表面における間隔が、０．１ｍｍ以下である振動アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記弾性体の前記電気機械変換素子が設けられた面と反対側の面に加圧接触された移動体を備えた振動アクチュエータ。
【請求項８】
請求項７に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記弾性体の前記電気機械変換素子が設けられた面側に設けられ、前記弾性体と前記移動体を加圧接触させる加圧力を発生する加圧部を備えた振動アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えるレンズ鏡筒。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えるカメラ。
【請求項１１】
弾性体上に、溝状の境界部分によって複数の領域に区切られた状態で電気機械変換素子を設ける第１の工程と、
前記弾性体と前記電気機械変換素子とを焼結させる第２の工程と、
を備える振動子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の振動子の製造方法において、
前記第１の工程は、前記電気機械変換素子を、前記溝状の境界部分によって独立した複数の領域に分離して設ける振動子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の振動子の製造方法において、
前記第２の工程の後に、前記電気機械変換素子の前記複数の領域の表面に電極を形成する第３の工程を備える振動子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の振動子の製造方法において、
前記第３の工程の後に、前記電気機械変換素子を前記複数の領域毎に分極する第４の工程を備える振動子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１１から１４のいずれか１項に記載の振動子の製造方法において、
前記第１の工程は、射出成形によって前記電気機械変換素子を設ける振動子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１１から１５のいずれか１項に記載の振動子の製造方法において、
前記第１の工程において、隣接する前記複数の領域の、前記電気機械変換素子の表面における間隔が、０．１ｍｍ以下となるように前記電気機械変換素子を設ける振動子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１１から１６のいずれか１項に記載の振動子の製造方法において、
前記弾性体の前記電気機械変換素子が設けられた面と反対側の面に加圧接触された移動体を設ける振動アクチュエータの製造方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の振動アクチュエータの製造方法において、
前記弾性体の前記電気機械変換素子が設けられた面側に、前記弾性体と前記移動体を加圧接触させる加圧力を発生する加圧部を設ける振動アクチュエータの製造方法。
【請求項１】
振動子に設けられた弾性体と、
溝状の境界部分によって複数の領域に区切られた状態で、前記弾性体上に焼結された電気機械変換素子と、
を備えた振動アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記電気機械変換素子は、前記境界部分により、独立した複数の領域に分離されている振動アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記電気機械変換素子の前記複数の領域の表面に電極が形成されている振動アクチュエータ。
【請求項４】
請求項３に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記複数の領域の、前記境界部分と接する端部以外の端部の表面には電極が形成されていない振動アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記電気機械変換素子は、射出成形されて製造されたものである振動アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、
隣接する前記複数の領域の、前記電気機械変換素子の表面における間隔が、０．１ｍｍ以下である振動アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記弾性体の前記電気機械変換素子が設けられた面と反対側の面に加圧接触された移動体を備えた振動アクチュエータ。
【請求項８】
請求項７に記載の振動アクチュエータにおいて、
前記弾性体の前記電気機械変換素子が設けられた面側に設けられ、前記弾性体と前記移動体を加圧接触させる加圧力を発生する加圧部を備えた振動アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えるレンズ鏡筒。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えるカメラ。
【請求項１１】
弾性体上に、溝状の境界部分によって複数の領域に区切られた状態で電気機械変換素子を設ける第１の工程と、
前記弾性体と前記電気機械変換素子とを焼結させる第２の工程と、
を備える振動子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の振動子の製造方法において、
前記第１の工程は、前記電気機械変換素子を、前記溝状の境界部分によって独立した複数の領域に分離して設ける振動子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の振動子の製造方法において、
前記第２の工程の後に、前記電気機械変換素子の前記複数の領域の表面に電極を形成する第３の工程を備える振動子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の振動子の製造方法において、
前記第３の工程の後に、前記電気機械変換素子を前記複数の領域毎に分極する第４の工程を備える振動子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１１から１４のいずれか１項に記載の振動子の製造方法において、
前記第１の工程は、射出成形によって前記電気機械変換素子を設ける振動子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１１から１５のいずれか１項に記載の振動子の製造方法において、
前記第１の工程において、隣接する前記複数の領域の、前記電気機械変換素子の表面における間隔が、０．１ｍｍ以下となるように前記電気機械変換素子を設ける振動子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１１から１６のいずれか１項に記載の振動子の製造方法において、
前記弾性体の前記電気機械変換素子が設けられた面と反対側の面に加圧接触された移動体を設ける振動アクチュエータの製造方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の振動アクチュエータの製造方法において、
前記弾性体の前記電気機械変換素子が設けられた面側に、前記弾性体と前記移動体を加圧接触させる加圧力を発生する加圧部を設ける振動アクチュエータの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２５９４１０（Ｐ２００８−２５９４１０Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６０４９９（Ｐ２００８−６０４９９）
【出願日】平成２０年３月１１日（２００８．３．１１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１１日（２００８．３．１１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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