特開 2024-177729 振動型アクチュエータ、電子機器、光学機器、及び、振動型アクチュエータの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024177729

(43)【公開日】2024-12-24

(54)【発明の名称】振動型アクチュエータ、電子機器、光学機器、及び、振動型アクチュエータの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02N 2/04 20060101AFI20241217BHJP

   H10N 30/853 20230101ALI20241217BHJP

   H10N 30/20 20230101ALI20241217BHJP

   G02B 7/04 20210101ALI20241217BHJP

   G02B 7/08 20210101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

H02N2/04

H10N30/853

H10N30/20

G02B7/04 E

G02B7/08 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023096027

(22)【出願日】2023-06-12

(71)【出願人】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100223941

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 佳子

(74)【代理人】

【識別番号】100159695

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 七朗

(74)【代理人】

【識別番号】100172476

【弁理士】

【氏名又は名称】冨田 一史

(74)【代理人】

【識別番号】100126974

【弁理士】

【氏名又は名称】大朋 靖尚

(72)【発明者】

【氏名】上林 彰

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 隆之

【テーマコード（参考）】

2H044

5H681

【Ｆターム（参考）】

2H044BE04

2H044DB04

5H681AA12

5H681BB02

5H681BB13

5H681BC01

5H681CC02

5H681DD23

5H681DD57

5H681DD63

5H681DD73

5H681EE22

5H681FF24

5H681GG02

5H681GG19

(57)【要約】

【課題】 長期にわたり安定した駆動特性を有し、かつ、駆動特性が向上した振動型アクチュエータを提供する。
【解決手段】 本発明の振動型アクチュエータは、電気－機械エネルギー変換素子、および、板部と前記板部の面外に同方向に突出する突起部とを備えた弾性体を有する振動体と、前記振動体の前記突起部と接し前記振動体に対して相対的に移動する接触体と、前記振動体に接する発泡部材と、前記発泡部材を介して前記振動体を前記接触体に付勢する付勢部材を有し、前記発泡部材はケイ素と酸素からなるシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）を含み、前記発泡部材に含まれるケイ素のうち、Ｑ単位の数Ｎ_ＱのＤ単位の数Ｎ_Ｄに対する比Ｎ_Ｑ／Ｎ_Ｄが０．０９以上であることを特徴とする。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気－機械エネルギー変換素子、および、板部と前記板部の面外に同方向に突出する突起部とを備えた弾性体を有する振動体と、
前記振動体の前記突起部と接し前記振動体に対して相対的に移動する接触体と、
前記振動体に接する発泡部材と、
前記発泡部材を介して前記振動体を前記接触体に付勢する付勢部材を有し、
前記発泡部材はケイ素と酸素からなるシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）を含み、
前記発泡部材に含まれるケイ素のうち、Ｑ単位の数Ｎ_ＱのＤ単位の数Ｎ_Ｄに対する比Ｎ_Ｑ／Ｎ_Ｄが０．０９以上であることを特徴とする振動型アクチュエータ。

【請求項2】

前記発泡部材はシリコーンゴムを含有するスポンジであ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。

【請求項3】

前記発泡部材が有する気泡の平均円相当径が１２０μｍより大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の振動型アクチュエータ。

【請求項4】

前記電気－機械エネルギー変換素子は、圧電材料と電極とを備え、
前記圧電材料の鉛の含有量が１０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の振動型アクチュエータ。

【請求項5】

前記板部が矩形であることを特徴とする請求項１または２に記載の振動型アクチュエータ。

【請求項6】

前記弾性体が２つの突起部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の振動型アクチュエータ。

【請求項7】

前記発泡部材が前記電気－機械エネルギー変換素子よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の振動型アクチュエータ。

【請求項8】

前記発泡部材が前記弾性体よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の振動型アクチュエータ。

【請求項9】

前記電気－機械エネルギー変換素子の主成分がチタン酸バリウム系であることを特徴とする請求項１または２に記載の振動型アクチュエータ。

【請求項10】

前記電気－機械エネルギー変換素子の主成分はチタン酸ジルコン酸バリウムカルシウムであることを特徴とする請求項１または２に記載の振動型アクチュエータ。

【請求項11】

部材と、
前記部材に設けられた請求項１または２に記載の振動型アクチュエータを備えた電子機器。

【請求項12】

光学素子および撮像素子の少なくとも一方と、
前記少なくとも一方に設けられた請求項１または２に記載の振動型アクチュエータを備えた光学機器。

【請求項13】

平均円相当径が１２０μｍより大きい気泡を有し、シリコーンゴムを含有する発泡材料に加圧熱処理を行い、発泡部材を得る工程と、
弾性体及び電気－機械エネルギー変換素子を接触させて振動体を得る工程と、
接触体を準備する工程と、
前記発泡部材を介して前記振動体を前記接触体に付勢することによって、振動型アクチュエータを得る工程と、
を有することを特徴とする振動型アクチュエータの製造方法。

【請求項14】

前記加圧熱処理は、６００ｇ／ｃｍ^２以上７００ｇ／ｃｍ^２以下の加圧下において、前記発泡材料を６０℃以上８０℃以下の温度で保持する処理を含むことを特徴とする請求項１３に記載の振動型アクチュエータの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動型アクチュエータ、電子機器、光学機器、及び、振動型アクチュエータの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

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と弾性体とから構成された振動体と、振動体に加圧接触する接触体を有する。振動型アクチュエータは、振動体に励起された振動の駆動力によって生じる摩擦を利用して接触体を相対移動させる振動波モータとして利用されている。

【0003】

振動型アクチュエータの一種である振動波モータの構造及び駆動原理の概略を示す。振動波モータは、振動体と該振動体に付勢部材によって加圧接触された接触体を備えている。この時、付勢部材が振動体を均一に与圧するためには剛性を高めて振動体と接することが望ましい。しかしながら、高剛性の部材が振動体に接すると振動体の振動を阻害してしまい、モータの駆動特性の悪化を引き起こす。そこで、付勢部材と振動体との間に振動を阻害しない部材を振動減衰部材として配置する構造が知られている。

【0004】

特許文献１には振動体の支持体としてスポンジ、発泡スチロール、フェルトが挙げられており、その中でも羊毛フェルトが特に優れているとの開示がある。なお特許文献２における振動体の支持体は、振動を阻害しないための部材が用いられており、振動減衰部材と機能は同等であると考えられる。

【0005】

また特許文献２には、振動体と付勢部材との間に発泡部材を配置した構成において、発泡部材のセルの平均円相当径を選択することで、長期にわたり安定しかつ十分な出力が得られる振動型アクチュエータが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平３－２８９３７１号公報

【特許文献2】特開２０２２－８３１４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ここで、発泡部材を使用する振動型アクチュエータでは、フェルトを使用する場合と比較して駆動特性が低下する場合があった。

【0008】

本発明は、上述の課題に対処するためになされたものであり、長期にわたり安定した駆動特性を有し、かつ、駆動特性が向上した振動型アクチュエータを提供する。また、本発明は、長期にわたり安定した駆動特性を有し、かつ、駆動特性が向上した振動型アクチュエータを用いた電子機器及び光学機器を提供する。また、本発明は、長期にわたり安定した駆動特性を有し、かつ、駆動特性が向上した振動型アクチュエータの製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の振動型アクチュエータは、電気－機械エネルギー変換素子、および、板部と板部の面外に同方向に突出する突起部とを備えた弾性体を有する振動体と、振動体の突起部と接し振動体に対して相対的に移動する接触体と、振動体に接する発泡部材と、発泡部材を介して振動体を接触体に付勢する付勢部材を有し、発泡部材はケイ素と酸素からなるシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）を含み、発泡部材に含まれるケイ素のうち、Ｑ単位の数Ｎ_ＱのＤ単位の数Ｎ_Ｄに対する比Ｎ_Ｑ／Ｎ_Ｄが０．０９以上であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、長期にわたり安定した駆動特性であり、かつ、駆動特性が向上した振動型アクチュエータを提供することができる。また、本発明によれば、長期にわたり安定した駆動特性であり、かつ、駆動特性が向上した振動型アクチュエータを用いた電子機器及び光学機器を提供することができる。また、本発明は、長期にわたり安定した駆動特性を有し、かつ、駆動特性が向上した振動型アクチュエータの製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】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。

【図2】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。

【図3】本発明における発泡部材を表す断面の模式図である。

【図4】本発明における発泡部材を側面から見た模式図である。

【図5】シロキサン結合を含む分子の骨格構造を構成する構成単位を説明する図である。

【図6】本発明における発泡部材の固体ＮＭＲによって得られた^２９Ｓｉ－ＤＤ－ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルである。

【図7】図６の各ピークに帰属する分子構造を示す図である。

【図8】本発明の光学機器の概略構造を説明する図である。

【図9】本発明の一実施例の振動型アクチュエータの駆動特性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を実施するための形態について説明する。

【0013】

本発明者らは、発泡部材を用いた振動型アクチュエータにおいて、フェルトを用いた場合よりも駆動特性が低下することを発見した。さらなる検討を行った結果、本発明者らは、発泡部材の化学構造を最適化することにより、長期間にわたって安定した駆動特性を有し、かつ駆動特性が向上された振動型アクチュエータを得られることを見出した。

【0014】

本発明の振動型アクチュエータは、振動体と接触体と発泡部材と付勢部材を有する。本発明の振動型アクチュエータは、発泡部材がシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）を含み、かつ、Ｑ単位の数Ｎ_ＱのＤ単位の数Ｎ_Ｄに対する比Ｎ_Ｑ／Ｎ_Ｄが０．０９以上であることを特徴とする。発泡部材がＱ単位を多く含むことで、シロキサンの構造が安定化する効果が得られ、長期にわたって使用しても駆動特性が低下しにくい振動型アクチュエータを得ることができる。

【0015】

図１および図２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１の（ａ）及び（ｄ）は振動型アクチュエータの概略図を示す側面図、（ｂ）及び（ｅ）は斜視図、（ｃ）及び（ｆ）は背面図である。図２の（ａ）は振動モードのモードＡ、（ｂ）はモードＢを説明する図である。

【0016】

図１と図２に例示された振動型アクチュエータでは、それぞれ板部が円環状である振動体と板部が矩形状である振動体が使用されている。本発明の振動型アクチュエータ１００は、電極１０１および圧電材料１０２からなる電気－機械エネルギー変換素子１２０を備えている。さらに、板部１０８と板部の面外に同方向に突出する突起部１０６を備えた弾性体１０３をそなえており、これらを順に配した振動体１１０が構成されている。

【0017】

振動型アクチュエータ１００はさらに突起部１０６と接する接触体１０４とを備えている。加えて、振動体１１０を接触体１０４に加圧接触させる（付勢する）ための付勢部材１２１と、振動体１１０と付勢部材１２１の間に発泡部材１２２を設けた構成となっている。

【0018】

振動体１１０が駆動することで、振動体１１０と接触体１０４は相対的に移動する。接触体１０４は、振動体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体１１０と間接的に接するものであってもよい。電気－機械エネルギー変換素子１２０の面は、付勢部材１２１によって発泡部材１２２を介して接触体１０４に向かって付勢されている。

【0019】

（圧電材料）
圧電材料１０２の形状は問わないが、板部の形状が円環状である場合は圧電材料も円環状であることが好ましく、板部の形状が矩形状である場合は圧電材料も矩形状であることが好ましい。

【0020】

圧電材料１０２の形態は限定されないが、たとえば結晶配向の無い圧電材料（焼結体）、結晶配向セラミックス、圧電単結晶、等であってよい。圧電材料が取り得る形状は限定されないが、たとえば電極と圧電材料の積層体を構成するため、層状の圧電材料を採用しても構わないし、圧電材料の単板を採用しても構わない。圧電材料のコストの観点では単板が優れる。振動型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。

【0021】

なお、電気－機械エネルギー変換素子に用いられる圧電材料の鉛の含有量は、環境負荷の観点から１０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。

【0022】

（電極）
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電極１０１が設けられ、円環状圧電素子が構成される。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、交番電圧を駆動相電極に印加した際に円環状圧電素子の周方向に発生する振動波の波長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、上記波長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。

【0023】

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。

【0024】

矩形状の圧電材料を用いる場合、矩形の電極１０１が設けられる。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。

【0025】

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。鉛の含有量が１０００ｐｐｍ以下の電気－機械エネルギー変換素子を作製するためには、電極の形成においても鉛含有量が１０００ｐｐｍ未満であるペーストやターゲットを用いる必要がある。

【0026】

（弾性体）
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さらに向上させるためには、弾性体には焼き入れやめっき処理、窒化が施される。

【0027】

弾性体の板部が矩形であると好ましい。弾性体の板部を矩形とすることで、電気－機械エネルギー変換素子の製造加工がより容易となり、小型の電気－機械エネルギー変換素子を作製することができる。そして小型の振動型アクチュエータを作製することが可能となる。

【0028】

（発泡部材）
発泡部材１２２は、図１（ａ）に示すように、電気－機械エネルギー変換素子１２０における弾性体１０３が配されている面とは反対側の面上に設けられている。発泡部材１２２は振動体１１０を接触体１０４に均一に与圧するとともに振動減衰部材としての機能も必要とする。振動減衰部材としての機能としては隣接する部材からの振動を吸収等により減衰させるものであり、駆動特性が低下しなければ発泡部材１２２を分離させて設けてもかまわない。

【0029】

図３に本発明の発泡部材の水平方向（ＸＹ平面）の断面図を示す。また図４に本発明の発泡部材の垂直方向（Ｚ方向）の側面図を示す。図４（ａ）表面にスキン層がない発泡部材、図４（ｂ）は表面にスキン層がある発泡部材の側面図を示す。

【0030】

発泡部材１２２はケイ素と酸素からなるシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）を含み、発泡部材に含まれるケイ素のＱ単位の数Ｎ_ＱのＤ単位の数Ｎ_Ｄに対する比Ｎ_Ｑ／Ｎ_Ｄが０．０９以上であることを特徴とする。発泡部材がケイ素と酸素からなるシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）を含むことで、発泡部材のガラス転移温度を動作温度範囲である－３０℃よりも低くすることができ、低温においても室温と同等な発泡部材の物性を維持することができる。

【0031】

また発泡部材に含まれるケイ素のＱ単位の数Ｎ_ＱのＤ単位の数Ｎ_Ｄに対する比Ｎ_Ｑ／Ｎ_Ｄが０．０９以上であることで振動型アクチュエータの駆動効率を向上させることが可能となる。ここでケイ素のＱ単位およびＤ単位とは、シロキサン結合を含む分子の骨格構造を構成する単位（ユニット）のことである。図５に示すように（ａ）有機置換基が３個付いた１官能性の単位をＭ単位、（ｂ）有機置換基が２個付いた２官能性の単位をＤ単位、（ｃ）有機置換基が１個付いた３官能性の単位をＴ単位、（ｄ）有機置換基が１個もない４官能性の単位をＱ単位と言う。Ｍ単位は骨格構造の両端を意味する。またＤ単位は骨格構造において柔軟性を示し、Ｔ単位およびＱ単位は骨格構造において硬質を示す。

【0032】

発泡部材において、発泡部材に含まれるケイ素のＱ単位の数Ｎ_ＱのＤ単位の数Ｎ_Ｄに対する比Ｎ_Ｑ／Ｎ_Ｄが０．０９以上であることで、振動減衰部材として好適となり振動型アクチュエータの駆動効率を向上させることができる。一方で、比Ｎ_Ｑ／Ｎ_Ｄが０．０９よりも小さいと、発泡部材の柔軟性が高いために、付勢部材による振動体の与圧が不均一となり、特性ばらつきが大きくなったり駆動効率が低下したりする可能性があるため好ましくない。

【0033】

Ｔ単位も骨格構造を硬くするため存在しても良いが、骨格構造の構造的な硬さを保持し、長期にわたり安定した構造とするためにＴ単位よりもＱ単位の割合が多い方が好ましい。一方、骨格構造が硬すぎると振動体の振動を阻害してしまい、モータの駆動特性の悪化を引き起こす要因や異音が発生する要因となる。好ましくは、発泡部材に含まれるケイ素のＱ単位の数Ｎ_ＱのＤ単位の数Ｎ_Ｄに対する比Ｎ_Ｑ／Ｎ_Ｄが０．５以下である。より好ましくは０．２９以下である。

【0034】

発泡部材に含まれるケイ素化合物の構成単位は固体核磁気共鳴法（以下、固体ＮＭＲ法）による分子構造解析により同定し、構成単位の割合を算出することができる。ＮＭＲ法は、核スピンの励起エネルギーを測定する手法であり、ケイ素化合物の場合は^２９Ｓｉ核を観測することで、分子構造に関する情報を得ることが可能である。

【0035】

また、固体ＮＭＲ法によるケイ素化合物の測定方法として、ＤＤ（Ｄｉｐｏｌａｒ Ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ）法とＣＰ（Ｃｒｏｓｓ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）法の２種類がある。ＣＰ法は、結晶性や近傍の^１Ｈの存在によって検出感度が大きく異なる。そのため、測定シグナルの積分比は各成分の比率を正しく反映することができない。一方ＤＤ法は、ＣＰ法と比べ感度が低く、長時間の測定が必要となるが、測定時間を最適に設定することで、測定シグナルの積分比から各成分の比率を算出することができる。本発明の発泡部材に含まれるケイ素化合物の構成単位の算出にはＤＤ法を用いる必要がある。

【0036】

図６（ａ）に本発明の振動型アクチュエータにおける発泡部材の固体ＮＭＲによって得られた^２９Ｓｉ－ＤＤ－ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルの一例を、図６（ｂ）に図６（ａ）の点線の枠で囲った箇所の拡大図を示す。ＮＭＲスペクトルの横軸は化学シフト値δ（ｐｐｍ）と呼ばれ、基準となる共鳴周波数からのずれを基準周波数で除算した値となっており、構造毎に固有の値を示す。

【0037】

例えば図６（ｂ）のＱ４の構造は－１１０ｐｐｍの位置にＮＭＲスペクトルのピークが存在することから同定することができる。なお図６（ａ）（ｂ）に記載されているＳＳＢはスピニングサイドバンドのことで、分子構造の異方性に起因して検出されるゴースト信号のことである。図６（ａ）（ｂ）の各ピークに帰属する分子構造を図７に示す。中心のＳｉと結合する元素および分子の種類の違いによって様々な分子構造に帰属されるが、本発明ではＭ単位、Ｄ単位、Ｔ単位、Ｑ単位の４つに分類して比率を算出する。つまり図７の分子構造では、Ｍ０とＭ０^ＨをＭ単位、Ｄ２とＤ２^ＨをＤ単位、Ｔ１とＴ２をＴ単位、Ｑ３とＱ４をＱ単位としてピーク面積強度を算出する。

【0038】

ＮＭＲスペクトルにおいて、Ｍ単位のピークは２０ｐｐｍから０ｐｐｍの範囲に、Ｄ単位のピークは０ｐｐｍから－４５ｐｐｍの範囲に確認できる。また、Ｔ単位のピークは－４５ｐｐｍから－８５ｐｐｍの範囲に、Ｄ単位のピークは－８５ｐｐｍから－１２０ｐｐｍの範囲で確認することができる。

【0039】

ケイ素のＱ単位およびＤ単位の構成単位は架橋点を意味し、その割合は架橋点数密度をあらわす。発泡部材の作製工程では、加熱硬化や２液原料の混合による架橋反応による硬化において、加熱温度や時間を制御することで発泡部材の架橋点数密度や気泡の平均円相当径を変化させることができる。気泡の平均円相当径が１２０μｍより大きく、シリコーン樹脂を含有する発泡材料に、６００ｇ／ｃｍ^２以上７００ｇ／ｃｍ^２以下の加圧下で６０℃以上８０℃以下の温度で保持する熱処理を行うことで発泡部材を得た。加圧熱処理を行うことで発泡部材の構造が安定すると考えられ好ましい。

【0040】

発泡部材は、シリコーンゴムを含有するスポンジであることが好ましい。またシリコーンゴムのメチル基の一部をビニル基に置換したものやフェニル基に置換したものでも同等の効果が得られる。シリコーンスポンジはフェルトと比較して加圧下における厚さ方向の体積変化が小さく長期安定性に優れるから好ましい。例えばフェルトを室温下で６００ｇ／ｃｍ^２以上７００ｇ／ｃｍ^２以下の加圧状態で５００時間保持した場合、厚さが約５０％に圧縮してしまい加圧を開放しても復元しない。一方、シリコーンスポンジは加圧を開放するとほぼ初期の厚さまで復元するため体積変化が小さい。

【0041】

発泡部材に含まれる気泡の平均円相当径が１２０μｍより大きいことを特徴とする。発泡部材１２２に含まれる気泡の平均円相当径は１２０μｍより大きいことが好ましい。発泡部材に気泡が存在することで発泡部材がバネ性を持つことが可能であり、振動体１１０を接触体１０４に均一に与圧するとともに振動減衰部材として機能することができる。

【0042】

平均円相当径は発泡部材の断面形状から算出することが好ましい。発泡部材の断面における気泡の平均円相当径が１２０μｍより大きいことで、振動体の振動を阻害しないでモータの駆動特性を維持しつつ振動体を均一に与圧することが可能である。

【0043】

発泡部材１２２の平均円相当径は、断面観察によって得られた断面画像を画像処理等の方法から求めることができる。断面観察をおこなうためにはサンプルを切断等により断面を露出させて光学顕微鏡やレーザ顕微鏡等で観察する方法などがあげられる。他にはＸ線ＣＴスキャンによる非破壊で断層写真を得る方法もある。また気泡の形状を確認することが可能であれば、電気－機械エネルギー変換素子１２０と接する表面を断面形状として取り扱ってもよい。画像処理ソフトは顕微鏡に最適化されたものでも、市販のものでも利用することができる。様々な大きさの気泡が存在するため平均円相当径を算出する際には、多くの気泡を観察することが好ましい。具体的には５０個以上の気泡から平均円相当径を算出することが好ましい。

【0044】

本発明の発泡部材は図４（ｂ）のように気泡が柱状であっても、発泡部材の表面にスキン層があってもよい。図４（ｂ）に示したように、表面にスキン層が存在する場合は表面からは気泡を正確に確認することができないので切断により断面を露出させることが好ましい。得られた断面写真は画像処理により平均円相当径を算出することができる。

【0045】

発泡部材の気泡は主に独立気泡で構成されることが好ましい。独立気泡とは発泡部材の表と裏が気泡によって繋がっていない気泡のことを意味する。独立気泡は気体や液体を通しにくい。このため発泡部材がバネ性を持つためには独立気泡であることが好ましい。一方、連続気泡では気泡が繋がっているために、空気の出入りが生じやすく圧力をかけた際に潰れやすい特徴があり、バネ性に劣るため振動体を均一に与圧できないおそれや振動の減衰機能が低下するため好ましくない。独立気泡の数が連通気泡の数より多い、すなわち発泡部材に含まれる気泡の数に占める独立気泡の数が５０％以上であると好ましい。この際、５０個以上の気泡が入る断面写真から計数することができる。

【0046】

発泡部材の気泡の平均円相当径は２００μｍ以上であることがより好ましい。振動型アクチュエータの動作温度範囲内（例えば－３０℃～６０℃）での安定した動作を実現するためには、相転移温度が－１０℃以下である圧電材料を振動型アクチュエータに用いることが有効である。つまり、－１０℃での圧電特性が室温の圧電特性よりも大きな圧電材料を振動型アクチュエータに用いることが有効である。その際、気泡の平均円相当径が２００μｍ以上とすることで、低温領域での振動減衰部材としての効果を維持し駆動効率を改善することができる。気泡の平均円相当径は、より好ましくは３００μｍ以上である。

【0047】

発泡部材の平均円相当径は、発泡部材の厚さｔの１／２よりもよりも小さいことが好ましい。そうすることで振動体を均一に与圧するとともに振動減衰部材として機能することができる。より好ましくは発泡部材の厚さｔの１／３よりも小さいものが採用される。

【0048】

（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。電気－機械エネルギー変換素子１２０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。

【0049】

なお「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、めっき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。

【0050】

（圧電振動子）
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電極に印加すると次のような進行波が発生する。すなわち、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。

【0051】

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。

【0052】

図２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。矩形圧電材料には第１電極１０１ａ及び第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。

【0053】

・モードＡ
第一の領域と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ＶＡ、ＶＢ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。弾性体における同方向に突出する２つの突起部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。

【0054】

・モードＢ
第一の領域が伸張、収縮するときに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ＶＡ、ＶＢ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。

【0055】

振動型アクチュエータ１００では、交番電圧ＶＡ、ＶＢ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、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。

【0056】

板部の面外に同方向に突出する突起部が２つであることがより好ましい。図２のように矩形圧電材料を用いたモードＡとモードＢによって駆動する振動型アクチュエータの小型化が容易であるので好ましい。

【0057】

与圧による発泡部材の変形による振動の阻害を防ぐために、発泡部材と電気－機械エネルギー変換素子との接する部位の面積が、左記の部位を含む電気－機械エネルギー変換素子の平面部の面積よりも小さいことが好ましい。また、発泡部材は電気－機械エネルギー変換素子よりも小さいことが好ましい。発泡部材が変形して、発泡部材と電気－機械エネルギー変換素子である圧電素子の側面側にまわりこむことで圧電素子の振動を阻害してしまったり、周辺部材と干渉してしまうことで振動を阻害してしまったりする問題を抑制することが期待できる。また発泡部材が弾性体よりも小さいことが好ましい。発泡部材が弾性体よりも大きいと変形して周辺部材と干渉してしまうことで振動を阻害するおそれがあるため、発泡部材を弾性体よりも小さくすることで振動を阻害してしまう問題を抑制することが期待できる。

【0058】

（圧電材料の組成）
圧電材料１０２の組成は、振動型アクチュエータとして利用できれば特に限定されない。

【0059】

圧電材料に用いられる圧電材料は一般的にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系材料が使用されている。しかし近年鉛の環境に対する影響が問題視されている観点から、鉛を含有しない（鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満である）ペロブスカイト型金属酸化物を用いた圧電材料よりなることがより好ましい。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。

【0060】

鉛を含有しない、つまり非鉛系の圧電材料の主成分はチタン酸バリウム系材料であるとより好ましい。

【0061】

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）、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。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。

【0062】

さらには、これらの組成を主成分としてあるいは複合して含有する圧電材料を本発明の振動型アクチュエータ１００に用いることができる。

【0063】

動作温度範囲内における圧電特性の温度依存性に優れ、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、以下の材料がさらに好ましい。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。

【0064】

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。

【0065】

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、
ＢａおよびＣａの和に対するＣａのモル比であるｘが０．０２≦ｘ≦０．３０であり、ＴｉおよびＺｒの和に対する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、
ＢａとＣａのモル量とＴｉとＺｒのモル量の比であるαが０．９９５５≦α≦１．０１であり、酸化物１００重量部に対する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。

【0066】

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、圧電材料に含まれる主成分以外の金属成分の含有量が金属酸化物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。

【0067】

特に、金属酸化物にＭｎが含有されており、Ｍｎの含有量が金属酸化物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。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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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の一部を範囲でＣａに置換すると直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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。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、Ｍｎとの電荷バランスが良くなるため好ましい。

【0080】

圧電材料は、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。非鉛系の圧電材料はヤング率が高いため、鉛系の圧電材料と比較して共振周波数が高い傾向がある。共振周波数が高いと振動子の振動回数が多くなるため、付勢部材と振動体との間に配置した振動減衰部材の変化に敏感になる。そのため非鉛系の圧電材料を用いた振動型アクチュエータでは、長期安定性に優れ、変化が小さい発泡部材を用いることが好ましい。

【0081】

振動型アクチュエータの動作温度範囲内（例えば－３０℃～６０℃）における圧電特性の温度依存性に優れることから相転移温度が－１０℃以下であるとさらに好ましい。

【0082】

本発明の圧電材料は室温から温度を低下させるにつれて、正方晶から直方晶へと逐次相転移を起こす。本明細書で言及する相転移温度とは、この相転移を指す。相転移温度は温度を変化させながら誘電率を測定し、誘電率を試料温度で微分した値が最大となる温度として算出する。結晶系はエックス線回折、電子線回折、またはラマン散乱などで評価することができる。相転移温度付近では誘電率、電気機械結合係数が極大となり、ヤング率が極小となる。圧電定数はこれら三つのパラメータの関数であり、相転移温度付近で極大値もしくは変曲点を示す。

【0083】

（振動型アクチュエータの製造方法）
本発明の振動型アクチュエータは、次の製造方法によって製造される。はじめに、平均円相当径が１２０μｍより大きい気泡を有し、シリコーンゴムを含有する発泡材料に加圧熱処理を行い、発泡部材を得る。次に、弾性体及び電気－機械エネルギー変換素子を接触させて振動体を得て、接触体を準備する。最後に、発泡部材を介して振動体を接触体に付勢することによって、振動型アクチュエータを得る。また、加圧熱処理は、６００ｇ／ｃｍ^２以上７００ｇ／ｃｍ^２以下の加圧下において、発泡材料を６０℃以上８０℃以下の温度で保持する処理を含む。

【0084】

（電子機器）
本発明の電子機器は、本発明の振動型アクチュエータと、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。

【0085】

（光学機器）
本発明の光学機器は、本発明の電子機器と、光学素子および撮像素子の少なくとも一方を備えることを特徴とする。図８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８において、矩形圧電材料を備えた振動体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、振動体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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

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。

【0092】

［実施例］
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。

【0093】

（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に記載の圧電材料を得た。

【0094】

製造組成１は一般式（１）で示される組成であり、表２に示されるｘ、ｙ、α、の値は上述した一般式（１）の各値に対応する。

【0095】

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１（ｃ）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。

【0096】

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、加圧を解除して振動子を得た。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。

【0097】

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。

【0098】

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。電気－機械エネルギー変換素子と付勢部材の間に設置したケイ素と酸素からなるシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）を含む発泡部材の種類を表１の実施例１に示す。発泡部材に含まれるケイ素のＱ単位の数Ｎ_ＱのＤ単位の数Ｎ_Ｄに対する比Ｎ_Ｑ／Ｎ_Ｄが０．２３であった。

【0099】

（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３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。

【0100】

次に、ＳＵＳ４２０Ｊ２よりなる弾性体に接着剤を塗布し、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。

【0101】

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。

【0102】

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。電気－機械エネルギー変換素子と付勢部材の間に設置したケイ素と酸素からなるシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）を含む発泡部材の種類を表１の実施例２に示す。

【0103】

【表1】

【0104】

（実施例３から実施例６）
電気－機械エネルギー変換素子と付勢部材の間に設置したケイ素と酸素からなるシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）を含む発泡部材の種類を表１に示したものを用いたこと以外は実施例２と同じ手法で振動型アクチュエータ実施例３から実施例６を作製した。

【0105】

（比較例１）
電気－機械エネルギー変換素子と付勢部材の間にフェルトを設置した以外は実施例１と同じ手法で振動型アクチュエータを作製した。

【0106】

（比較例２）
電気－機械エネルギー変換素子と付勢部材の間にフェルトを設置した以外は実施例２と同じ手法で振動型アクチュエータを作製した。

【0107】

（振動型アクチュエータの評価方法）
各実施例、比較例の振動型アクチュエータに対して、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。

【0108】

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。図９に周波数に対する速度および電力の測定結果の一例を示す。２０℃の環境雰囲気において最高速度と定格電力の測定を実施し、逆進方向、正進方向の平均値を算出した。

【0109】

比較例１で作製した振動型アクチュエータの最高速度に対する実施例１の変化量および定格電力の変化量を算出した。同様に比較例２で作製した振動型アクチュエータの最高速度に対する実施例３から実施例６の変化量および定格電力の変化量を算出した。結果を表１に示す。

【0110】

フェルトを用いた比較例１および比較例２の振動型アクチュエータに対して、ケイ素と酸素からなるシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）を含む発泡部材Ａを用いた実施例１および実施例２では、最高速度が増加し定格電力が低下した。

【0111】

また実施例３で示すように発泡部材Ｂにおいても、各温度において最高速度が増加し定格電力が低下することが確認できた。

【0112】

実施例４から実施例５で示した発泡部材Ｃ、発泡部材Ｄにおいては、比較例と比べ最高速度は同等であったが定格電力は低下した。

【0113】

実施例６で示した発泡部材Ｅにおいては、最高速度と定格電力は比較例２のフェルトと同等であった。

【0114】

（実施例７）
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８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。

【0115】

以上は製造組成１を例に記載したが、製造組成２～４６やチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）であっても本発明の振動型アクチュエータの駆動特性が実施例２と同様にフェルトと同等以上であることを確認した。

【0116】

以上のように付勢部材と振動体との間に発泡部材を設け、発泡部材に含まれるケイ素のＱ単位の数Ｎ_ＱのＤ単位の数Ｎ_Ｄに対する比Ｎ_Ｑ／Ｎ_Ｄが０．０９以上であるとよいことがわかった。このように構成することで、振動型アクチュエータにおいて長期にわたり安定かつ、駆動特性が向上した振動型アクチュエータを提供することができる。

【0117】

【表2】

【0118】

本実施形態の開示は以下の構成及び方法を含む。

【0119】

（構成１）
電気－機械エネルギー変換素子、および、板部と前記板部の面外に同方向に突出する突起部とを備えた弾性体を有する振動体と、
前記振動体の前記突起部と接し前記振動体に対して相対的に移動する接触体と、
前記振動体に接する発泡部材と、
前記発泡部材を介して前記振動体を前記接触体に付勢する付勢部材を有し、
前記発泡部材はケイ素と酸素からなるシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）を含み、
前記発泡部材に含まれるケイ素のうち、Ｑ単位の数Ｎ_ＱのＤ単位の数Ｎ_Ｄに対する比Ｎ_Ｑ／Ｎ_Ｄが０．０９以上であることを特徴とする振動型アクチュエータ。

【0120】

（構成２）
前記発泡部材はシリコーンゴムを含有するスポンジであることを特徴とする構成１に記載の振動型アクチュエータ。

【0121】

（構成３）
前記発泡部材が有する気泡の平均円相当径が１２０μｍより大きいことを特徴とする構成１または２に記載の振動型アクチュエータ。

【0122】

（構成４）
前記電気－機械エネルギー変換素子は、圧電材料と電極とを備え、
前記圧電材料の鉛の含有量が１０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする構成１乃至３のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。

【0123】

（構成５）
前記板部が矩形であることを特徴とする構成１乃至４のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。

【0124】

（構成６）
前記弾性体が２つの突起部を有することを特徴とする構成１乃至５のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。

【0125】

（構成７）
前記発泡部材が前記電気－機械エネルギー変換素子よりも小さいことを特徴とする構成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。

【0126】

（構成８）
前記発泡部材が前記弾性体よりも小さいことを特徴とする構成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。

【0127】

（構成９）
前記電気－機械エネルギー変換素子の主成分がチタン酸バリウム系であることを特徴とする構成１乃至８のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。

【0128】

（構成１０）
前記電気－機械エネルギー変換素子の主成分はチタン酸ジルコン酸バリウムカルシウムであることを特徴とする構成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。

【0129】

（構成１１）
部材と、
前記部材に設けられた構成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を備えた電子機器。

【0130】

（構成１２）
光学素子および撮像素子の少なくとも一方と、
前記少なくとも一方に設けられた構成１乃至１１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光学機器。

【0131】

（方法１）
平均円相当径が１２０μｍより大きい気泡を有し、シリコーンゴムを含有する発泡材料に加圧熱処理を行い、発泡部材を得る工程と、
弾性体及び電気－機械エネルギー変換素子を接触させて振動体を得る工程と、
接触体を準備する工程と、
前記発泡部材を介して前記振動体を前記接触体に付勢することによって、振動型アクチュエータを得る工程と、
を有することを特徴とする振動型アクチュエータの製造方法。

【0132】

（方法２）
前記加圧熱処理は、６００ｇ／ｃｍ^２以上７００ｇ／ｃｍ^２以下の加圧下において、前記発泡材料を６０℃以上８０℃以下の温度で保持する処理を含むことを特徴とする方法１に記載の振動型アクチュエータの製造方法。

【符号の説明】

【0133】

１００ 振動型アクチュエータ
１０１ 電極
１０１ａ 第１電極
１０１ｂ 第２電極
１０１ｃ 第３電極
１０１ｄ 第４電極
１０１ｅ 駆動相電極
１０１ｆ 非駆動相電極
１０２ 圧電材料
１０３ 弾性体
１０４ 接触体
１０６ 突起部
１０７ 支持部
１０８ 板部
１１０ 振動体
１２０ 電気－機械エネルギー変換素子
１２１ 付勢部材
１２２ 発泡部材
１３３ 気泡
１３４ スキン層
５０１ 保持部材
５０２ 移動筐体
５０３ ビス
５０４ ガイド部材
５０５ レンズ保持部材
５０６ レンズ
５０７ 給電部材
５０８ センサ
５０９ スケール
５１０ 連結部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】