(57)【要約】    【課題】  エネルギーの損失を抑制可能な振動発生装置の製造方法及び振動工具を提供する。    【解決手段】  治具（１４０）の凹部（１４０）に接着剤（１４２）を充填する工程、転写材（１４４）平面と凹部に充填された接着剤（１４２）とを接触させる工程、転写材（１４４）と治具（１４０）とを剥離する工程、転写材に付着している接着剤（１４２Ｂ）と圧電体素子（１１２）の接着面とを接触させる工程、接着剤が接着面に接触している圧電体素子（１１２）と転写材（１４４）とを剥離する工程、転写材（１４４）から剥離された圧電体素子の接着剤（１４２Ｃ）と取付面（１１１）とを接着する工程を備える。【選択図】  図４
2005324292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体素子が接着された振動発生装置の製造方法であって、
凹部が形成された治具の前記凹部に接着剤を充填する工程と、
転写材平面と前記凹部に充填された前記接着剤とを接触させる工程と、
前記転写材と前記治具とを剥離する工程と、
剥離された前記転写材に付着している前記接着剤と前記圧電体素子の接着面とを接触させる工程と、
前記接着剤が前記接着面に接触している前記圧電体素子と前記転写材とを剥離する工程と、
前記転写材から剥離された前記圧電体素子の前記接着剤と取付面とを接着する工程とを備えることを特徴とする振動発生装置の製造方法。
【請求項２】
前記接着剤を前記凹部に充填してから先端が直線状のブレードで前記凹部を均す、請求項１に記載の振動発生装置の製造方法。
【請求項３】
前記転写材は光透過性のあるシートである、請求項１に記載の振動発生装置の製造方法。
【請求項４】
前記転写材は可撓性のあるシートであり、
前記転写材平面と前記接着剤とを接触させる工程では、前記シートを曲げて当該シートの一部を前記凹部に充填された先に前記接着剤に接触させてから当該シートの曲げを解消する、請求項１に記載の振動発生装置の製造方法。
【請求項５】
前記転写材と前記治具とを剥離した後、剥離による前記接着剤の起伏が解消するまで所定時間放置する、請求項１に記載の振動発生装置の製造方法。
【請求項６】
前記転写材は可撓性のあるシートであり、
前記転写材に付着している接着剤と前記圧電体素子の接着面とを接触させる工程では、前記接着剤が付着している面が出るように前記シートを曲げて当該シートに付着している接着剤の一部を先に前記圧電体素子の接着面に接触させてから当該シートの曲げを解消する、請求項１に記載の振動発生装置の製造方法。
【請求項７】
前記治具に設ける凹部の深さは、前記圧電体素子の接着面に形成する接着剤の厚みの略四倍である、請求項１に記載の振動発生装置の製造方法。
【請求項８】
前記接着に用いる接着剤は実質的に気泡を含まない接着剤である、請求項１に記載の振動発生装置に製造方法。
【請求項９】
前記接着剤は一液接着剤である、請求項８に記載の振動発生装置に製造方法。
【請求項１０】
前記圧電体素子を前記取付面に接着するために加える力は、０．５ｋｇ／ｃｍ2以下とする、請求項１に記載の振動発生装置の製造方法。
【請求項１１】
各前記工程は、常温付近に温度管理して実施される、請求項１に記載の振動発生装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の振動発生装置の製造方法で製造された振動発生装置を備える振動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体素子を用いる振動発生装置の製造方法に係り、特に圧電体素子の好適な接着方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電体素子（圧電アクチュエータ）を振動体に貼り付けるには接着剤を用いている。接着剤によって圧電体素子が接着された工具として、例えば特開平７―６８４０１号公報には、第１および第２のアクチュエータによって、切削工具に切削方向および切削流出方向の振動を重畳して与えるよう構成された振動切削加工装置が提案されていた（特許文献１）。
【０００３】
同様に、特開２０００−５２１０１号公報では、楕円振動子における胴体部を円柱状に構成するとともに、制御機構から円柱状胴体部に設けられた圧電体素子に所定の正弦波状電圧を各別に入力して楕円振動子に楕円振動を発生させることにより、切削用工具を楕円振動させて被削材を切削可能に構成した楕円振動切削装置が提案されていた（特許文献２）。この公知技術には、円柱状胴体部の圧電体素子取付面に圧電体素子を設ける点が開示されている。
【特許文献１】特開平７―６８４０１号公報
【特許文献２】特開２０００−５２１０１号公報（段落番号００１９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これら公知文献には、圧電体素子を取付面にどのように取り付けるのかについて具体的な記載がなかった。
【０００５】
本願出願人が上記特許文献２に係る特許権者の製造販売した装置を調査したところによれば、圧電体素子が円柱状胴体部に取り付けられているが、当該文献にかかる楕円振動切削装置の振動特性は必ずしも満足できるほど良好なものではなかった。
【０００６】
振動特性がよくないということは、圧電体素子に加えられた電気的エネルギーが振動体の振動による機械的エネルギーに変換される過程でエネルギーの損失があるということであり、圧電体素子にはこのエネルギー損失の分も含めた振動を発生させなければならないことを意味している。そして、振動減衰を補うように大きな振幅を生じさせるためには、圧電体素子に高電圧（例えば耐電圧付近）を印加しなければならない。このことは、圧電体素子の過剰な発熱や接着剤の劣化を早め、耐久性を低下させることを意味していた。さらに、大きな振幅を発生させるための圧電体素子も大きなものが必要となるため、装置の小型化が困難だった。
【０００７】
そこで本発明は上記課題を解決するために、エネルギーの損失を抑制可能な振動発生装置の製造方法及び振動工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、圧電体素子が接着された振動発生装置の製造方法であって、凹部が形成された治具の凹部に接着剤を充填する工程と、転写材平面と凹部に充填された接着剤とを接触させる工程と、転写材と治具とを剥離する工程と、剥離された転写材に付着している接着剤と圧電体素子の接着面とを接触させる工程と、接着剤が接着面に接触している圧電体素子と転写材とを剥離する工程と、転写材から剥離された圧電体素子の接着剤と取付面とを接着する工程とを備えることを特徴とする。
【０００９】
従来どおり接着剤を接着面に塗布して貼り合わせる場合、その接着剤の接着時における厚みは塗布した接着剤の厚みそのものである。この厚みが厚いほど圧電体素子と取付面との間で伝達されるエネルギーに損失が生じる。また、塗布の方法も公知の塗布法で塗布すると接着剤に凹凸が生じ、圧電体素子と取付面との接触が失われエネルギー損失を生じる。上記工程によれば、最初に凹部に接着剤が充填された後に転写材を貼り合わせてから剥離するので、一定の厚みの接着剤が前記凹部に充填された接着剤の厚みより薄く転写材に付着する。この転写材に付着した接着剤をさらに圧電体素子の接着面に貼り合わせてから剥離するので、転写材に付着していた接着剤の厚みよりさらに薄く、一定の厚みで圧電体の接着面に付着する。この圧電体素子の接着面と取付面とを貼り合わせるので、圧電体素子は取付面に極めて薄く均一な厚みの接着剤の層を介して接着されることになる。このため圧電体素子と取付面との間で機械的な振動エネルギーを損失無く伝達することが可能となる。
【００１０】
ここで「凹部」は、凹部の縁部は同一の高さを備えていることが好ましい。このような凹部であれば、凹部に充填された接着剤の表面と治具平面とが同一平面となるからである。また、凹部の少なくとも一方向における幅が、前記転写材の平面の幅より小さいことが好ましい。このような大きさの関係があれば、転写材を貼り合わせる際に転写材を凹部の開口面に当てることで、凹部に充填された接着剤が転写材に均一に付着する。
【００１１】
ここで、接着剤を凹部に充填してから先端が直線状のブレードで凹部を均すことは好ましい。凹部に接着剤を充填する際には、ディスペンサその他の手段により接着剤を盛るようになるため、充填された接着剤の表面に起伏が生じていたり、余剰な接着剤が盛られていたりする。この工程によれば、ブレードで凹部に充填された接着剤の表面が均されるので、ブレードが通過した後の接着剤の表面は平滑であり、余剰な接着剤は排除されるので、凹部内に隙間無く表面を平らにして接着剤を充填することができる。
【００１２】
ここで転写材は光透過性のあるシートであることは好ましい。本発明によれば、転写材が光透過性のあるシートであるため、シートを通して接着剤の様子を観察することができる。このため、万一凹部に充填された接着剤に気泡が包含されてしまったような場合に気泡を発見することができ、気泡を含んだまま圧電体素子が接着されエネルギー損失を大きくするようなことを未然に防止できる。
【００１３】
ここで、転写材は可撓性のあるシートであり、転写材平面と接着剤とを接触させる工程では、シートを曲げて当該シートの一部を凹部に充填された先に接着剤に接触させてから当該シートの曲げを解消することは好ましい。平面同士を接着剤を介して接触させると気泡を含むことがあるが、当該発明によれば、転写材の可撓性を利用してシートの一部を凹部内の接着剤に確実に接触させてから曲げを元に戻すことにより、接触部分が線から面へと徐々に広げられるようになり気泡を含むことなく全面を接着することが可能である。
【００１４】
また、転写材と治具とを剥離した後、剥離による接着剤の起伏が解消するまで所定時間放置することは好ましい。接着剤は剥離直後には毛羽が立ち、剥離表面には凹凸が生じることがあるが、当該工程によれば、所定時間放置されるので、剥離直後の凹凸がほぼ解消されてから次の接着工程に移行するので、凹凸の間に気泡を含んで接着されることを防止可能である。
【００１５】
また、転写材は可撓性のあるシートであり、転写材に付着している接着剤と圧電体素子の接着面とを接触させる工程では、接着剤が付着している面が出るようにシートを曲げて当該シートに付着している接着剤の一部を先に圧電体素子の接着面に接触させてから当該シートの曲げを解消することは好ましい。平面同士を接着剤を介して接触させると気泡を含むことがあるが、当該発明によれば、転写材の可撓性を利用して接着剤の付着したシートを曲げて突き出た接着剤の一部を先に圧電体素子の接着面に接触させてから曲げを元に戻すことにより、接触部分が線から面へと徐々に広げられるようになり気泡を含むことなく全面を接着することが可能である。
【００１６】
ここで、治具に設ける凹部の深さは、圧電体素子の接着面に形成する接着剤の厚みの略四倍であることは好ましい。本発明によれば、転写材と凹部との貼り合わせと剥離により凹部に充填している接着剤の約半分の量が転写材に転写される。すなわち転写材に転写される接着剤の層の厚みは凹部の深さの約半分である。さらに転写材と圧電体素子との貼り合わせと剥離により、転写材に転写された接着剤の約半分の量が圧電体素子に転写される。圧電体素子に転写される接着剤の層の厚みはさらに転写材の接着剤の厚みの約半分である。以上により、半分の半分、つまり凹部の深さの約四分の一が圧電体素子の接着面に付着する接着剤の厚みとなる。したがって、凹部の深さは圧電体素子に設ける接着剤の厚みの約４倍となる。したがって凹部の深さを調整することで、圧電体素子に設ける接着剤の厚みの制御が自由に行える。
【００１７】
ここで、接着剤は実質的に気泡を含まない接着剤であることが好ましい。接着剤に気泡を含んでいると、気泡部分を含んだまま接着剤が固化し、気泡に相当する領域において、圧電体素子と取付面とが接着していないことになる。このため、圧電体素子で発生した振動に係る機械的エネルギーに損失が生じる。上記工程によれば、接着剤に気泡を含まないものを使用しているので、圧電体素子の接着面全面にわたって取付面に損失無く振動に係る機械的エネルギーを伝達することができ、エネルギー損失を抑制することができる。
【００１８】
例えば、このような接着に用いる接着剤は一液接着剤であることが好ましい。二液以上の接着剤を用いる場合には接着前に攪拌作業が必須となるが、この攪拌工程においてやむを得ず気泡が接着剤に混入する。このような接着剤で圧電体素子を接着すれば気泡に相当する領域においてエネルギーの損失が生じる。この点、本発明によれば、攪拌を要しない単一種の一液接着剤であるため、気泡の混入を抑制することができる。
【００１９】
ここで、圧電体素子を取付面に接着するために加える力は、０．５ｋｇ／ｃｍ2以下とすることは好ましい。加圧接着時の押す力が強い場合、もしも気泡が接着剤に混入していると、その気泡が潰されて、横に広がり、加圧の無いときの気泡の断面積より広い領域において、圧電体素子と取付面とが接着していない状態となる。この部分において、圧電体素子の振動に係る機械的エネルギーが取付面に伝達されなくなるので、エネルギー損失が大きくなる。この点、本発明によれば、圧電体素子に加える力が気泡の潰れを大幅に生じない程度の範囲であるため、例え接着剤に気泡が混入していたとしても、エネルギー損失を生じることを抑制することが可能である。
【００２０】
また各工程は、常温付近に温度管理して実施されることは好ましい。万一、接着剤に気泡が混入していた場合、接着剤付着後の温度管理において接着時より高温になるようなことがあると気泡内のガスが膨張し気泡の断面積が拡大したまま固化することがある。また、工程中に高温になることがあると、圧電体素子と貼り付け面との間の膨張率の差から、冷却時に内部応力が発生して振動特性や耐久性を悪化させる場合がある。この点、本発明によれば、各工程が常温付近に管理されるので、例え接着剤中に気泡が混入していたとしても気泡の容積拡大がなく、また、内部応力の発生も無いので、エネルギー損失を抑制することができる。
【００２１】
また本発明は、上記したような振動発生装置の製造方法で製造された振動発生装置を備える振動工具でもある。当該振動工具に限定はないが、取付面に圧電体素子が本発明の製造方法で接着されているものである。例えば、振動工具として、（楕円）振動切削装置、超音波しみ抜き機、超音波洗浄器、超音波剥離器、超音波カッター、超音波穿孔装置、超音波振動研磨器、超音波加湿器、超音波かくはん機、超音波振動を付与可能な防塵ガラスや防塵レンズ等、圧電体素子を貼り付けてその振動を利用するものに適用可能である。当該製造方法によって接着された圧電体素子は極めて薄く均一な接着層を介して取付面に接着されているので、圧電体素子で発生した振動をエネルギー損失無く取付面に伝達することが可能である。
【００２２】
また、上記とは逆に、取付面に伝達した振動を圧電体素子に伝達して電気機械変換作用により電気信号に変換するような場合にも、本発明は有効である。すなわち本発明の製造方法で接着された圧電体素子は振動面からの振動を殆ど減衰させずに圧電体素子に伝達可能であるため、センサーとして圧電体素子を利用する装置においてもエネルギー損失の少ない振動検出装置を製造可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、圧電体素子に形成される接着剤の層を極めて薄く均一に形成できる。このため当該方法で接着された圧電体素子を備える振動発生装置は、圧電体素子に加えた電気的エネルギーの損失を抑制して振動体に機械的エネルギーを伝達できるので、振動減衰が少なく、かつ、耐久性の高い振動発生装置を製造可能であり、そのような装置の小型化に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（実施形態１）
本発明の実施形態１は、本発明の振動発生装置の製造方法を利用して、振動切削装置を製造する場合を説明するものである。
【００２６】
図９に本発明の製造方法によって圧電体素子が接着された振動切削装置の全体斜視図を示す。図１０にこの振動切削装置のうち振動体１の拡大斜視図を示す。図９に示すように、振動切削装置は、圧電体素子の被接着面を有する振動体１、及び振動体１を振動可能に保持する振動体支持装置２を備える。
【００２７】
振動体支持装置２は、振動体１を保持する基台２１と位置合わせ装置に保持させるための差し込み部２２とを備えている。基台２１の取付面２１０には、振動体１を保持する腕となる受け部２０が、螺子穴２０３に螺子止めすることで固定されている。受け部２０には、開口が設けられており、この開口に振動体１を挿通し、振動体１の振動の節において振動体１を複数の点支持部材２０２で点支持するように構成されている。
【００２８】
図１０に示すように、振動体１は、先端部１００、胴体部１１０、及び後端部１２０で構成されている。先端部１００は、胴体部１１０寄りにステップホーン大１０６、その先にステップホーン小１０７を備え、胴体部１１０で発生した振動を増幅して先端面１０２を大きな振幅で振動させることが可能な二段ステップホーン構造を備えている。同様に後端部１２０も、胴体部１１０寄りにステップホーン大１２６、その先にステップホーン小１２７を備え、振動増幅可能になっている。胴体部の中心に対し、ステップホーン大１０６と１２６、ステップホーン小１０７と１２７とは同一形状で同一の長さで対称的に設けられている。
【００２９】
先端部１００では、ステップホーン小１０７に加工時の接触部材となる切削工具１０１が設けられている。当該切削工具１０１は、ダイヤモンド等の硬度の高い材料で構成されたチップ状の切削刃である。当該切削工具１０１は、ステップホーン小１０７の先端に軸持され、その一部の刃が先端面１０２から飛び出すように固定されている。
【００３０】
ステップホーン大１０６には、ダミーサライ１０５が設けられている。Ｘ軸方向に垂直な面（Ｘ面という）を有するダミーサライ１０５ＸとＹ軸方向に垂直な面（Ｙ面という）を有するダミーサライ１０５Ｙとが設けられている。当該ダミーサライ１０５は、当該振動体１の重心に対する対称性を維持するために形成されているものである。
【００３１】
同様にステップホーン大１２６には、センサ用サライ１２１が設けられている。Ｘ面を有するセンサ用サライ１２１ＸとＹ面を有するセンサ用サライ１２１Ｙとが設けられている。センサ用サライ１２１Ｘと１２１Ｙとには、振動センサ１２２Ｘ及びＹが設けられている。振動センサ１２２の両極からは、配線（リード線）１２３が引き出されている。振動センサ１２２Ｘ及びＹは、圧電アクチュエータ１２２と同様の構造を備え、機械電気変換作用により、その貼り付け面における機械的な歪みをその歪み量に対応した電圧に変換して配線１２３経由で出力可能になっている。
【００３２】
胴体部１１０は、図１０のＸ軸とＹ軸とに垂直に四面が面取りされ取付面１１１を形成している。二つのＸ面には圧電アクチュエータ１１２Ｘがそれぞれ設けられ、二つのＹ面には圧電アクチュエータ１１２Ｙがそれぞれ設けられている。圧電アクチュエータ１１２は本発明の圧電体素子に係り、本発明の製造方法に基づく接着方法で取付面１１１に接着される。圧電アクチュエータ１１２は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）の強誘電性セラミックスの結晶の両面に金属メッキをすることで電極膜が形成されている。電極膜の隅部には半田等を設けるための端子１１３ａが形成され、そこが接点１１３となって半田付け等により配線（リード線）１１４が電気的に接続されており、圧電アクチュエータ１１２の両極間に電圧を印加可能に引き出されている。この圧電アクチュエータ１１２は、交流電圧の印加に応じて電気機械変換作用によって変形し、その変形が振動として胴体部１１０に伝達されるようになっている。
【００３３】
本発明は、この圧電アクチュエータ１１２の取付面１１１への接着に適用される。本発明の作用効果により、圧電アクチュエータ１１２に加えられた電気的エネルギーはその損失を極力抑制され、効率よく振動体１の振動に係る機械的エネルギーに変換される。接着方法の詳細は後述する。
【００３４】
上記構成において、圧電アクチュエータ１１２Ｘに所定の周波数、２０ｋＨｚ程度の交流電圧を加えると、点支持部材２０２によって点支持されている接触点１０４や１２５を中心として振動体１のＹ軸方向に撓み振動が発生する。また圧電アクチュエータ１１２Ｙにも同様の周波数の交流電圧を加えると、接触点１０４及び１２５を中心として振動体１のＸ軸方向にも撓み振動が発生する。圧電アクチュエータ１１２Ｘに加える交流電圧と圧電アクチュエータ１１２Ｙに加える交流電圧とに所定の位相差（例えばπ／２）を設けておけば、Ｘ軸方向の撓み振動とＹ軸方向の撓み振動とが合成されて楕円（円）振動を発生させることができるようになる。胴体部１１０の振動の腹で発生するこの楕円振動は、当該振動体１の二段ステップホーン構造によって増幅され、先端面１０２から突出する切削工具１０１を大きな楕円軌道で振動させるようになる。このようにして楕円振動している切削工具１０１を被削材に接触させれば、楕円振動切削の作用によって、通常の切削より切り屑の厚みが薄くなり、切削抵抗力が低減され、焼き入れ鋼等の鏡面加工が可能となり、また切削熱が低減することから切削工具寿命が長くなり、加工精度が向上する。またバリやひびり振動が防止される。
【００３５】
次に、図１〜図８を参照して、本実施形態における振動切削装置の製造方法、特に圧電アクチュエータ１１２の接着工程について説明する。
【００３６】
圧電アクチュエータ１１２は、公知の製造工程で形成されたものであり、図示しないが、公知の圧電体材料、例えば強誘電体セラミックスの結晶を電極で狭持した構造を備えている。圧電体材料としては種々のものを利用可能であるが、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等を利用可能である。強誘電体セラミックス等の圧電体材料は電気機械変換特性の高いものの方がより大きな振動を発生可能であるが、キュリー点についてもなるべく高い方が好ましい。キュリー点が高ければ半田付け等の溶着の熱による分極喪失をさらに抑制できるからである。電極には安定した導電性材料、例えば金や薄金、チタン、その他合金が利用可能である。圧電アクチュエータ１１２は公知の薄膜プロセスで形成されるものでも、バルクの圧電体材料を成型してその両面に電極をメッキ等で付加したものでもよい。
【００３７】
図１に示すように、まず圧電アクチュエータ１１２の接着面を平坦化する。通常圧電アクチュエータの表面は、電極をメッキで付着させたものであるため、その表面が粗く突起が存在している。このような突起があると、接着時に空気等の気体が封入される可能性が高くなる。これを防止するため、グラインダー等の研磨装置１３０等で圧電アクチュエータの接着面を極力平坦化しておく。なお、図１に示すように、圧電アクチュエータ１１２の隅部には、電極用の接点１１３ａが設けられている。
【００３８】
圧電アクチュエータ１１２の接着面平坦化と並行して、胴体部１１０の取付面１１１も極力平坦化処理しておくことが好ましい。このため、同様の研磨装置１３０等を用いて取付面１１１を研磨する。例えば、Ｒｙ２μｍ程度に研削する。
【００３９】
次に図２及び図３に示すように、圧電アクチュエータ１１２に配線１１４を溶着する。まず、図２に示すように、圧電アクチュエータ１１２から外部への熱伝導を実質的に禁止するため、保持部材１３１で圧電アクチュエータを把持し、浮かせた状態とする。この状態であれば、圧電アクチュエータ１１２自体の熱容量は極めて少なく、直接接触して熱を逃す先が無いため、溶着熱が逃げる先が存在しない。空気等のガスは実質的に断熱材として作用するため、このような処理によって、圧電アクチュエータ１１２から外部への熱伝導を禁止できる。
【００４０】
なお、保持部材のようなもので浮かせて溶着する他、熱伝導率の小さい材料、例えば厚紙等の上に圧電アクチュエータ１１２を載置して配線１１４を溶着するようにしてもよい。
【００４１】
次に、このように圧電アクチュエータ１１２を保持しておいて、半田１１３ｂと配線１１４とを圧電アクチュエータ１１２の端子１１３ａに近づけて半田１１３ｂを溶解させる。このとき、図示しない加熱手段を接点に近づけ、電気的に安定して接続可能な最小限の半田１１３ｂを溶解させ、溶解後は即時に離間させることが好ましい。溶着の時間は、半田１１３ｂの溶解によって電極経由で圧電アクチュエータ１１２の圧電体材料に到達する熱が、圧電体材料のキュリー点に達しない程度の短時間とする。短時間の溶着を実施することによって、圧電体材料の分極が部分的に喪失するという不都合を回避できるからである。
【００４２】
そして、図３に示すように、半田１１３ｂが溶解し加熱手段を離間させたのち、半田１１３ｂが固化し、端子１１３ａと配線１１４とは、電気的にかつ物理的に接続される。なお、これら半田付け（ソルダーボンディング）工程は公知技術を用いた自動化工程で実施する他、半田ゴテのような加熱手段を用いても実施可能である。
【００４３】
次に本発明の接着工程に基づき、圧電アクチュエータ１１２を振動体１の胴体部１１０の取付面１１１に接着する。
【００４４】
まず、図４（Ａ）に示すように、凹部１４１が形成された治具１４０を用意し、この凹部１４１に接着剤１４２を充填する。凹部１４１の開口部形状に限定は無いが、その面積は圧電アクチュエータ１１２の接着面の面積より大きいことが好ましい。この凹部１４１の深さｈは、圧電アクチュエータ１１２の接着面に形成したい接着剤の厚みの約４倍に設定する。接着剤１４２の充填は、例えばディスペンサ、液体吐出装置（インクジェットヘッド）等公知の塗布充填装置を利用可能である。充填する接着剤１４２の量は、凹部１４１を満たすのに十分な量、好ましくは凹部１４１の容積より少し多めとする。接着剤の充填量が足りないと、気泡が入り込む可能性があるからである。図４（Ａ）に示すように、十二分に接着剤１４２を凹部１４１に充填したら、直線状の刃部を有するブレード１４３を凹部１４１の開口面に動かし、余剰な接着剤１４２を除去しながら、その表面の凹凸を均す。上記によって凹部１４１に隙間無く接着剤が充填される。
【００４５】
なお、ブレード１４３は凹部１４１に対し相対的に動けばよく、ブレード１４３を凹部１４１表面に沿って動かす他に、ブレード１４３の方を固定しておき、治具１４０全体を動かすようにしてもよい。
【００４６】
なお、接着剤１４２は実質的に気泡を含まない接着剤であることが好ましい。このような接着剤としては、一液接着剤を用いることが好ましい。複数種類の接着剤を攪拌する二液以上の接着剤と異なり一液接着剤は接着剤同士を混合攪拌することが無いので、本来的に気泡が混入しにくいからである。例えば二液接着剤では、例えば主剤と硬化剤とを攪拌容器に入れ均一になるまで攪拌する必要がある。このような攪拌をすると多量の気泡が接着剤中に混入し、エネルギー損失の原因になる。この点、本実施形態では、一液接着剤を利用するので、気泡が混入する可能性を抑えることが可能である。
【００４７】
なお一液接着剤には、特に組成や成分の限定はなく、例えば、反応性硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気硬化型接着剤等の各種硬化型接着剤を利用可能である。具体的には、例えば、エポキシ系、アクリレート系、シリコーン系等いかなる接着剤でも適用することが可能である。特に本実施形態では常温で固化させることが可能な接着剤であることが好ましい。
【００４８】
次に図４（Ｂ）に示すように、シート１４４の平面と凹部１４１に充填された接着剤１４２とを接触させる。このシート１４４は、光透過性のあるシートである。光透過性があれば、万一接着剤１４２に気泡が包含されてしまったような場合に気泡を早期発見することができるからである。また、このシート１４４は、可撓性のあるシートである。このようなシートとしては、樹脂製のシート、例えばポリエチレン、アクリル、ポリエステル等を利用可能である。この工程では、図４（Ｂ）に示すように、まずシート１４４を曲げてシート１４４の一部を接着剤１４２に接触させる。次いで図４（Ｂ）の矢印で示すように、シートの曲げを徐々に解消していく。この手順により、シート１４４と接着剤１４２との接触部分が線から面へと徐々に広げられるようになり気泡を含むことなく全面を接着することが可能となる。
【００４９】
図４（Ｃ）はシート１４４の曲がりが総て無くなった状態を示している。このようにシート１４４と凹部１４１内の接着剤１４２とが隙間無く接着している。シート１４４の曲がりを解消した後、軽くシート１４４の上から押さえて、凹部１４１内に接着剤１４２の表面総てがシート１４４に接触することを促進してもよい。
【００５０】
このとき、シート１４４を通して接着剤１４２との接触面を観察することは好ましい。シート１４４と接着剤１４２との接触面に気泡が入っていれば明確に判る。このような気泡の存在を公知の画像認識処理により検出するようにしてもよい。画像信号をアナログ信号（コンポジット信号）とした場合であれば、気泡が混入していた場合に発生する輝度レベル以下のしきい値を設定することで気泡の存在を検出することができる。
【００５１】
次に図４（Ｄ）に示すように、シート１４４と治具１４０とを剥離する。シート１４４と治具１４０とを剥離する場合、接着剤１４２が双方に付着しているため、シート１４４と凹部１４１底面・壁面と、接着剤１４２との親和性（塗れ性）がほぼ同じであれば、ほぼ同量の接着剤１４２がそれぞれに付着して剥離される。接着剤１４２の付着面積に変化がないまま接着剤の量が半分になることから、結局接着剤１４２の層の平均厚みが凹部１４１の深さｈの半分（ｈ／２）となる。この剥離によって、凹部１４１には厚み約ｈ／２の接着剤１４２Ａが残り、シート１４４には厚み約ｈ／２の接着剤１４２Ｂが転写される。
【００５２】
シート１４４と治具１４０とが剥離されたら、図５（Ａ）に示すように、所定時間放置する。この所定時間は、剥離によって毛羽だった接着剤１４２Ｂの表面が表面張力によってほぼ平滑かされるような時間とする。この待ち時間は接着剤の種類によって異なる。放置せずに次の接着工程に移行すると、毛羽立ちの凹凸に気泡が含まれて接着されることになるから、これを防止する趣旨である。例えば、シート１４４の接着剤１４２Ｂが付着した面を上に向けて１〜数分間放置する。
【００５３】
次いで図５（Ｂ）に示すように、剥離されたシート１４４に付着している接着剤１４２Ｂと、圧電アクチュエータ１１２の接着面とを接触させる。圧電アクチュエータ１１２は治具１４５に仮固定されている。このとき、まず接着剤１４２Ｂが付着している面が出るようにシート１４４を曲げて接着剤１４２Ｂの一部を圧電アクチュエータ１１２の接着面に接触させる。次いで、図５（Ｂ）の矢印で示すように、シート１４４の曲げを徐々に解消していく。この手順により、接着剤１４２Ｂの接触部分が線から面へと徐々に広げられるようになり、気泡を含むことなく圧電アクチュエータ１１２の接着面全面に接着剤１４２Ｂを付着させることが可能である。
【００５４】
図５（Ｃ）はシート１４４の曲がりが総て無くなった状態を示している。圧電アクチュエータ１１２の接着面にシート１４４の接着剤１４２Ｂが隙間無く接着している。シート１４４の曲がりを解消した後、軽くシート１４４の上から軽く押さえてもよい。ここで、上記と同様に、シート１４４を通して接着剤１４２Ｂの接触面を観察することは好ましい。
【００５５】
次いで図５（Ｄ）に示すように、接着剤１４２Ｂが接着面に接触している圧電アクチュエータ１１２とシート１４４とを剥離する。ここで、接着剤１４２Ｂの付着面積に変化がないまま接着剤の量が半分になることから、圧電アクチュエータ１１２の接着面における接着剤１４２Ｃの層の平均厚みは、剥離前の接着剤１４２Ｂの厚みｈ／２の半分（ｈ／４）となる。すなわち、元の凹部１４１の深さｈに比べ約１／４の厚みになる。この剥離によって、圧電アクチュエータ１１２の接着面には厚み約ｈ／４の接着剤１４２Ｃが残る。
【００５６】
ここで剥離直後では、再び接着剤１４２Ｃの表面に毛羽立ちが発生する可能性があるため、上記と同じようにこの毛羽立ちがほぼ解消されるような時間、待つことが好ましい。
【００５７】
毛羽立ちが解消されたら、気泡を含まないように、圧電アクチュエータ１１２の接着面に設けられた接着剤１４２Ｃと、振動体１の取付面１１１とを接触させ、圧電アクチュエータ１１２の振動体１への接着を完了させる。この最後の圧電アクチュエータ１１２と取付面１１１との接触は平面同士の接着になるため、慎重に実施する。気泡の混入を少しでも避けるため、圧電アクチュエータ１１２の接着面の端部から先に取付面１１１に接触させゆっくり接着剤１４２Ｃ全面を接触させるようにする。
【００５８】
次に図６〜図８に示すように、胴体部１１０の取付面１１１に載置した圧電アクチュエータ１１２上から弾性膜であるシリコンゴム１３２を載置する。図６は斜視図、図７Ａはその平面図、図７Ｂは接点１１３を通る切断面（図７ＡのＡ−Ａ面）から見た断面図である。これら図面から判るように、当該シリコンゴム１３２には切り欠き部１３３が設けられており、この切り欠き部１１３は接点１１３を回避するような形状に設けられている。また、図７Ｂに示すように当該接点１１３の高さｄより、弾性膜であるシリコンゴム１３２の厚みＤの方が大きくなるように調整されている（Ｄ＞ｄ）。このためシリコンゴム１３２のどこを押しても接点１１３に接触して圧力が加わることがないため、加圧時に圧電アクチュエータ１１２の接着面に均一に圧力を加えることができる。
【００５９】
最後に、図８に示すように、シリコンゴム１３２の上から圧電アクチュエータ１１２を軽く押さえて乾燥させる。この圧力は、圧電アクチュエータ１１２の接着面が浮かない程度の圧力とし、具体的には、０．５ｋｇ／ｃｍ2以下とする。この程度の圧力であれば、万が一、接着剤１４２Ｃに気泡が混入していたとしてもその気泡を圧力で潰してしまうことがなく、圧電アクチュエータ１１２と取付面１１１との接触面積を減少させる可能性が少ないからである。
【００６０】
ここで圧電アクチュエータ１１２における接点１１３は圧電アクチュエータ平面の隅部に設けられているので、加圧時に邪魔になる等の支障が無い。また接点１１３が押されて、他の部分よりも大きな圧力が加わるということもない。つまり、接点１１３に触れないような厚みと切り欠き部１３３とを有する弾性膜であるシリコンゴムを用いるので、加圧がほぼ全体的に均一に行える。
【００６１】
上記接着工程と加圧・乾燥工程は常温（例えば室温）で実施する。万一気泡が接着剤１４２中に混入している状態で温度を上げると、気泡中のガスの体積が膨張し、気泡が大きくなってしまい、圧電アクチュエータ１１２と取付面１１１との接触面積を下げてしまう。また、圧電アクチュエータ１１２と振動体１の接着面の熱膨張率の差から、工程中に高温になる場合があると、内部応力が増えてしまう。本実施形態では、このように接着も加圧・乾燥も同一温度で行うので、気泡の拡大や内部応力の発生を抑制することができる。
【００６２】
なお、常温で乾燥させる場合には固化まで時間がかかる可能性があるが、急激な乾燥によって応力を発生させるよりも長時間の乾燥で応力の発生を極力抑制しながら固化させることが好ましいといえる。
【００６３】
圧電アクチュエータ１１２が胴体部１１０の取付面１１１に接着されたら、振動体１を受け部２０に挿通して点支持部材２０２で固定し、振動切削装置を完成させる。
【実施例】
【００６４】
図１１に、本発明の実施例と従来技術に対応する比較例とを比較する機械的Ｑ値の特性を示す。実施例１は、一液接着剤を用いて本発明の製造方法を適用して製造した振動切削装置の実施例の特性を示し、実施例２は、実施例１と同様の製造工程でありながら接着剤だけ二液接着剤を用いた場合の特性を示している。比較例は、実施例の振動切削装置と同様の形状・大きさでありながら圧電アクチュエータの接着方法を従来どおりの方法で製造した物である。
【００６５】
図１１から判るように、比較例と実施例とでは共振の鋭さ、すなわちエネルギー損失の少なさを示す機械的Ｑ値が３倍以上の大きな差を示している。本発明の圧電体素子の接着方法を実施することにより、従来の圧電アクチュエータの接着方法に比べ、格段のエネルギー損失低減効果があることが実証された。
【００６６】
また、一液接着剤の実施例１と二液接着剤の実施例２とを比べても判るように、接着剤を一液にすることで若干の機械的Ｑ値の改善が図れることが実証できた。
【００６７】
図１２に、Ｘ方向（圧電アクチュエータＸに垂直な方向）における圧電アクチュエータ１１２に対する入力電圧と振動体１の先端面１０２付近に現れる振幅との関係を示す。図１３に、Ｚ方向（振動体１の軸方向）における圧電アクチュエータ１１２に対する入力電圧と振動体１の先端面１０２付近に現れる振幅との関係を示す。
【００６８】
図１２及び図１３から判るように、いずれの測定値も、比較例である従来の方法による振動切削装置よりも本発明に係る方法で製造した実施例の振動切削装置の方が格段に大きな振幅を示すことが判る。例えば、従来の方法による工具で所定の入力電圧で得ることのできる振動振幅が、本発明による工具ではその１／３程度の入力電圧で得ることができる。このことは、振動工具の発熱を抑え接着剤の劣化を抑制し耐久性を向上させることができることを意味している。
【００６９】
また、従来の製造方法で製造された工具と同じ入力電圧を印加して従来と同じ振動振幅を得るものとすれば、圧電アクチュエータの面積を半分以下にしたり厚みを半分以下にしたりできる。このため、圧電アクチュエータが接着された振動体１や振動切削装置全体のサイズを半分以下に、重量にして１／１０程度にでき、大幅に小型化、軽量化できることを意味している。
【００７０】
このことから、高性能の振動切削装置を提供可能となった。つまり、本発明の製造方法を適用して製造した振動切削装置は小型化できるため、設置できるＮＣ旋盤等の位置決め装置の幅が広がり、レンズの研磨レス仕上げや小物部品の研磨レス加工が可能となった。振動切削装置は、切削工具が常に楕円軌道を描いているため、レンズの中心点の加工においても切削工具の相対速度がゼロにはならない。このため、レンズ鏡面仕上げにおいて、レンズ中心部に切削できない部分が残留するようなことが無くなった。したがって、従来の慣用していた切削加工後の中心ボツ除去加工が必要無くなった。
【００７１】
またウォッチ関連の番車軸のような非常に細い軸物加工において、振動切削によって、ホゾ部を鏡面仕上げすることが可能になった。
【００７２】
また振動切削によれば鏡面仕上げが可能であるため、従来の切削加工→焼き入れ→砥石による研磨という複数工程に代えて一回の振動切削加工で同様の仕上げができるようになった。このため工程の簡略化や砥石の粒による摩耗性悪化を防止できるため、精度の高い加工、例えば高級時計の番車軸のホゾ部加工に利点が大変多い。
【００７３】
以上、実施形態１によれば、図４及び図５に示したような各工程を経て、極めて薄く均質な接着剤１４２Ｃを介して圧電アクチュエータ１１２の接着面と振動体１の取付面１１１とを接着するので、エネルギー損失を極力低減し、電気的エネルギーを極めて効果的に振動のエネルギーに変換する振動切削装置を提供可能である。
【００７４】
また気泡を含まない一液接着剤を使用しているので、圧電アクチュエータ１１２の接着面全面にわたって振動体に損失無く振動に係る機械的エネルギーを伝達することができ、損失を抑制することができる。
【００７５】
また、圧電アクチュエータ１１２の隅部に配線１１４を溶着するので、加圧の際に接点１１３が邪魔になることがない。
【００７６】
また、溶着の高さを超える厚みのシリコンゴム１３２を、接点１１３を避ける切り欠き部１３３を設けるので、シリコンゴムの上から加圧すればよいだけとなり、全体的に均一な加圧接着が行える。
【００７７】
また、圧電アクチュエータ１１２を振動体１に接着するために加える力は、０．５ｋｇ／ｃｍ2以下とするので、万一接着剤に気泡が混入していたとしても、その潰れを生じない程度の力で押さえるものであるため、圧電アクチュエータと被接触面との接触面積を減少させず、エネルギー損失を抑制することが可能である。
【００７８】
また、接着する工程も乾燥する工程も常温付近に管理されるので、万一接着剤中に気泡が混入していたとしても気泡が拡大したり、内部応力が発生したりすることによってエネルギー損失の拡大を防止できる。
【００７９】
（実施形態２）
本発明の実施形態２は、本発明の振動発生装置の製造方法を適用して製造された振動工具の具体例を列記するものである。いずれの振動工具においても、圧電アクチュエータの取付面への接着については、実施形態１で説明した方法と同様の接着方法が適用される。
【００８０】
図１４に、振動工具の例として蒸気しみ抜き機５を示す。図１４に示すように、この蒸気しみ抜き機５は本体５０、超音波フラッシュ５１、受け布５２、ディスプレイ５３、作業台５４、ドライヤ５５、超音波タンク５６を備えている。本発明に係る圧電アクチュエータは、超音波フラッシュ５１の内部においてその振動体５１０に振動を伝達可能な部材に接着されており、その接着に本発明の製造方法が適用されている。このため、当該超音波フラッシュ５１は圧電アクチュエータに加えられた電気エネルギーを効率良く振動体５１０の振動に変換させることができる。
【００８１】
図１５に、振動工具の例として超音波洗浄器６を示す。図１５に示すように、この超音波洗浄器６は、本体６１、スイッチ類６２、及び洗浄皿６３を備える。本発明に係る圧電アクチュエータ６０は、洗浄皿６３の底面裏側に振動を伝達可能に接着されており、その接着に本発明の製造方法が適用されている。このため、洗浄皿６３には圧電アクチュエータ６０に加えられた電気エネルギーが効率良く振動として伝達される。この洗浄皿６３に洗浄液を入れて超音波洗浄させれば、高い洗浄力を示すことになる。
【００８２】
図１６に、振動工具の例として超音波剥離器７を示す。図１６に示すように、この超音波剥離器７は、本体７４、コード７１、グリップ７２、及びグリップ先端に設けられた剥離工具７３を備えている。本発明に係る電動アクチュエータ７０は、グリップ７２の内部において剥離工具７３に振動を伝達する部材上に接着されており、その接着に本発明の製造方法が適用されている。このため、剥離工具７３には圧電アクチュエータ７０に加えられた電気エネルギーが効率良く振動として伝達される。この剥離工具７３を被剥離物に接触させることにより、その超音波振動によって簡単に被剥離物を剥離することができる。
【００８３】
図１７に、振動工具の例として超音波カッター８を示す。図１７に示すように、超音波カッター８は、本体８１、コード８２、グリップ８３、及び刃部８４を備えている。本発明に係る電動アクチュエータ８０は、グリップ８３の内部において刃部８４に振動を伝達可能に被接着面に接着されており、その接着に本発明の製造方法が適用されている。このため、刃部８４には圧電アクチュエータ８０に加えられた電気エネルギーが効率良く振動として伝達される。この刃部８４を被切除部分に接触させることにより、その超音波振動によって簡単に切除することができる。
【００８４】
図１８に、振動工具の例として超音波穿孔装置９を示す。図１８に示すように、当該超音波穿孔装置９は、本体９１、コード９２、グリップ９３、ドリル部９４を備えている。本発明に係る電動アクチュエータ９０は、グリップ９３の内部においてドリル部９４に振動を伝達可能に被接着面に接着されており、その接着に本発明の製造方法が適用されている。このため、ドリル部９４には圧電アクチュエータ９０に加えられた電気エネルギーが効率良く振動として伝達される。このドリル部９４を被穿孔部分に接触させることにより、その超音波振動によって簡単に穴を開けることができる。
【００８５】
図１９に、振動工具の例として超音波振動研磨器１０を示す。図１９に示すように、当該超音波振動研磨器１０は、本体１００１、コード１００２、グリップ１００３、及びヤスリ部１００４を備えている。本発明に係る電動アクチュエータ１０００は、グリップ１００３の内部においてヤスリ部１００４に振動を伝達可能に被接着面に接着されており、その接着に本発明の製造方法が適用されている。このため、ヤスリ部１００４には圧電アクチュエータ１０００に加えられた電気エネルギーが効率良く振動として伝達される。このヤスリ部１００４を被研磨面に接触させることにより、その超音波振動によって高速に効率よく研磨することができる。
【００８６】
その他、本発明の製造方法を利用して製造された振動発生装置の例としては、超音波振動か否かにかかわらず圧電アクチュエータを貼り付けてその振動を利用するもの一般に適用可能である。例えば、圧電アクチュエータを利用する加湿器、圧電アクチュエータを利用するかくはん機、圧電アクチュエータを接着して、超音波振動を付与可能な防塵ガラスや防塵レンズ等が挙げられる。
【００８７】
（変形例）
本発明は上記実施形態に限定されることなく種々に変形して利用することが可能である。
【００８８】
例えば、上記実施形態では、圧電アクチュエータに電気エネルギーを加え振動という機械的エネルギーに変換する振動発生装置を対象としたが、これとは逆に、振動可能な部材を振動させてその部材に接着されている圧電アクチュエータにおいて、その振動に係る機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換し、その振動に対応する電気信号を出力可能に構成された振動検出装置にも、本発明を適用可能である。すなわち、当該振動可能な部材に本発明の振動発生装置の製造方法に係る接着を実施して圧電アクチュエータを接着することにより、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する際のエネルギー損失をも抑制することができるからである。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】実施形態１に係る圧電アクチュエータの研磨工程の説明図。
【図２】実施形態１に係る圧電アクチュエータの熱伝導禁止方法の説明図。
【図３】実施形態１に係る圧電アクチュエータの配線工程の説明図。
【図４】圧電アクチュエータの接着工程における製造工程断面図（その１）。
【図５】圧電アクチュエータの接着工程における製造工程断面図（その２）。
【図６】シリコンゴムを適用後の圧電アクチュエータ斜視図。
【図７Ａ】シリコンゴムを適用後の圧電アクチュエータ平面図。
【図７Ｂ】シリコンゴムを適用後の圧電アクチュエータ断面図（図７ＡのＡ−Ａ断面）。
【図８】実施形態１に係る圧電アクチュエータの接着工程における軽加圧説明図。
【図９】実施形態１に係る振動切削装置の全体斜視図。
【図１０】実施形態１に係る振動切削装置の振動体の拡大斜視図。
【図１１】実施例と比較例の振動切削装置における機械的Ｑ値特性図。
【図１２】実施例と比較例の振動切削装置の入力電圧−出力振幅特性図（Ｘ方向）。
【図１３】実施例と比較例の振動切削装置の入力電圧−出力振幅特性図（Ｚ方向）。
【図１４】実施形態２に係る振動工具の例である蒸気しみ抜き機の斜視図。
【図１５】実施形態２に係る振動工具の例である超音波洗浄器の斜視図。
【図１６】実施形態２に係る振動工具の例である超音波剥離器の斜視図。
【図１７】実施形態２に係る振動工具の例である超音波カッターの斜視図。
【図１８】実施形態２に係る振動工具の例である超音波穿孔装置の斜視図。
【図１９】実施形態２に係る振動工具の例である超音波研磨器の斜視図。
【符号の説明】
【００９０】
１…振動体、２…振動体支持装置、５…蒸気しみ抜き機、６…超音波洗浄器、７…超音波剥離器、８…超音波カッター、９…超音波穿孔装置、１０…超音波研磨器、２０…受け部、２１…基台、２２…差し込み部、５０、６１、７４、８１、９１、１００１…本体、５１…超音波フラッシュ、５２…受け布、５３…ディスプレイ、５４…作業台、５５…ドライヤ、５６…超音波タンク、５１０…振動体、６０、７０、８０、９０、１０００…圧電アクチュエータ、６２…スイッチ類、６３…洗浄皿、７１、８２、９２、１００２…コード、７２、８３、９３、１００３…グリップ、７３…剥離工具、８４…刃部、９４…ドリル部、１００…先端部、１０１…切削工具、１０２…先端面、１０３…硬化領域、１０４…接触点、１０５…ダミーサライ、１０６…ステップホーン大、１０７…ステップホーン小、１１０…胴体部、１１１…取付面、１１２…圧電アクチュエータ、１１３…接点、１１３ａ…端子、１１３ｂ…半田、１１４…配線（リード線）、１２０…後端部、１２１…センサ用サライ、１２２…振動センサ、１２３…配線（リード線）、１２４…硬化領域、１２５…接触点、１２６…ステップホーン大、１２７…ステップホーン小、１３０…研磨装置、１３１…保持部材、１３２…シリコンゴム（弾性膜）、１３３…切り欠き部、１４０、１４５…治具、１４１…凹部、１４２、１４２Ａ〜Ｃ…接着剤、１４３…ブレード、１４４…シート、２０２…点支持部材（螺子）、１００４…ヤスリ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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