(57)【要約】    【課題】  振動減衰が少なく、振動発生装置の耐久性を高め、小型化を可能とする振動発生装置の製造方法を提供する。    【解決手段】  振動体（１）を備える振動発生装置の製造方法であって、圧電素子（１１２）から外部への熱伝導を禁止して、当該圧電素子（１１２）に配線（１１４）を溶着する工程、圧電素子（１１２）を振動体（１）に振動を伝達可能な位置に接着する工程、及び、振動体（１）に接着された圧電素子（１１２）を乾燥する工程を備えたことを特徴とする。【選択図】  図２
2005270822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体を備える振動発生装置の製造方法であって、
圧電素子から外部への熱伝導を禁止して、当該圧電素子に配線を溶着する工程と、
前記圧電素子を前記振動体に振動を伝達可能な位置に接着する工程と、
前記振動体に接着された前記圧電素子を乾燥する工程と、を備えたことを特徴とする振動発生装置の製造方法。
【請求項２】
前記溶着は金属溶着であって、
前記溶着は、前記圧電素子が、前記圧電素子を構成する圧電体材料のキュリー点より大きな温度に達する時前に完了される、請求項１に記載の振動発生装置の製造方法。
【請求項３】
振動体を備える振動発生装置の製造方法であって、
圧電素子を前記振動体に振動を伝達可能な位置に接着する工程と、
前記振動体全体を、前記圧電素子を構成する圧電体材料のキュリー点より小さな所定温度に加熱して、当該圧電素子に配線を溶着する工程と、
前記振動体に接着された前記圧電素子を乾燥する工程と、を備えたことを特徴とする振動発生装置の製造方法。
【請求項４】
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５】
前記接着に用いる接着剤は一液接着剤である、請求項４に記載の振動発生装置に製造方法。
【請求項６】
前記配線を溶着する工程では、前記圧電素子の隅部に前記配線を溶着するものである、請求項１に記載の振動発生装置の製造方法。
【請求項７】
前記接着する工程では、前記圧電素子に力を加える前に、前記配線が溶着された隅部を除いて前記溶着の高さを超える厚みの弾性膜を設け、当該弾性膜の上から前記圧電素子を加圧する、請求項６に記載の振動発生装置の製造方法。
【請求項８】
前記圧電素子を前記振動体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または７に記載の振動発生装置の製造方法。
【請求項９】
前記接着する工程及び前記乾燥する工程は、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１０】
請求項１乃至９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、振動発生装置の製造方法に係り、特に圧電素子を振動体に接着する場合に好適な接着方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、切削時に、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、例えば特開平７―６８４０１号公報によって提案されていた（特許文献１）。
【０００３】
また特開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素子取付面に圧電素子を設ける点が記載されている。
【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、アクチュエータまたは圧電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。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。
【０００５】
振動特性がよくないということは、圧電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。
【０００６】
そこで本発明は上記課題を解決するために、振動減衰が少なく、振動発生装置の耐久性を高め、小型化を可能とする振動発生装置の製造方法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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、振動体を備える振動発生装置の製造方法であって、圧電素子から外部への熱伝導を禁止して、当該圧電素子に配線を溶着する工程と、圧電素子を振動体に振動を伝達可能な位置に接着する工程と、振動体に接着された圧電素子を乾燥する工程とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
圧電素子に印加した電気エネルギーが十分振動体に伝わらない原因の一つとして、圧電素子の接着工程における熱で圧電素子を構成する圧電体材料の分極が喪失し、圧電特性が劣化し、接着後の圧電素子自体が、既に充分な電気機械変換特性を示さなくなっていることが挙げられる。この直接の原因として考えられるのが、圧電素子に配線接続する際の溶着時の熱による分極喪失である。常識的な手順としては、圧電素子を接着してから配線の溶着を行うことが考えられるが、圧電素子の接着対象となる振動体に振動を伝達可能な部材は、熱容量が大きく、熱伝導率が高いため、長時間熱を加えて圧電素子の下地が充分な高温にならないと、溶着ができなかった。しかし、長時間の熱が圧電素子に加えられ続けるため、その圧電体材料の分極が部分的に喪失し圧電特性が低下してしまっていたのである。
【０００９】
この点、上記構成によれば、圧電素子の熱伝導が禁止された状態で溶着されるので、溶着が極めて短時間で終了し、圧電素子が本来保有している分極特性を維持し圧電特性を低下させることがない。このため、接着後の圧電素子は本来どおりの高い電気機械変換効率を示し、エネルギーの損失を抑制することができる。
【００１０】
具体的には、この溶着は金属溶着であって、溶着は、圧電素子が、圧電素子を構成する圧電体材料のキュリー点より大きな温度に達する時前に完了される。すなわち、圧電素子の電気機械変換機能を奏する圧電体材料において熱による分極喪失が生じ圧電特性が低下するのはキュリー点を超えた場合であるが、当該工程によれば、圧電素子の温度をキュリー点まで達する前に完了させるので、圧電素子本来の分極を維持し、圧電特性を低下させることがない。
【００１１】
ここで「金属溶着」とは、例えば半田等の接続用導電性部材により当該導電性部材を溶解して配線を電気的に接続するものをいう。
【００１２】
また、本発明の変形例として、振動体を備える振動発生装置の製造方法であって、圧電素子を振動体に振動を伝達可能な位置に接着する工程と、振動体全体を、圧電素子を構成する圧電体材料のキュリー点より小さな所定温度に加熱して、当該圧電素子に配線を溶着する工程と、振動体に接着された圧電素子を乾燥する工程と、を備えていてもよい。
【００１３】
上記工程によれば、振動体の熱容量が大きく熱伝導率が高いとしても、その振動体を含めて所定温度まで加熱されているので、圧電素子に配線を溶着する際に長時間加熱しなくても溶着が完了でき、圧電素子が過剰な加熱により分極特性や圧電特性を劣化させることを防止できる。このとき、振動体の加熱は圧電体材料のキュリー点より小さな温度までであるため、この加熱によって圧電素子の分極特性や圧電特性を劣化させることはない。
【００１４】
ここで、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、圧電素子と振動体とが接着していないことになる。このため、圧電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。上記構成によれば、接着剤に気泡を含まないものを使用しているので、圧電素子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、エネルギー損失を抑制することができる。
【００１５】
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。
【００１６】
また、配線を溶着する工程では、圧電素子の隅部に配線を溶着することは好ましい。接着時に配線が予め接続されているとその部分の盛り上がりにより全体的な加圧がしにくくなるが、本発明によれば、配線は圧電素子の隅部に接続されているので、電気機械変換作用を示す中心を含める大部分に均一に加圧接着が行える。
【００１７】
接着する工程では、圧電素子に力を加える前に、配線が溶着された隅部を除いて溶着の高さを超える厚みの弾性膜を設け、当該弾性膜の上から圧電素子を加圧するようにしてもよい。接着時に配線が予め接続されているとその部分の盛り上がりにより全体的な加圧がしにくくなるが、本発明によれば、その溶着の高さを超える厚みの弾性膜が溶着部分を避けて設けられるので、加圧は弾性膜の上から抑えればよいだけとなり、均一な加圧接着が行える。
【００１８】
ここで、圧電素子を振動体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、圧電素子と振動体とが接着していない状態となる。この部分において、圧電素子の振動に係る機械的エネルギーが振動体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。
【００１９】
また、接着する工程及び乾燥する工程は、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、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、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。
【００２０】
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、振動体に振動を伝達可能な取付面に圧電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。
【００２１】
また、上記とは逆に部材を振動させてその振動を圧電素子において電気信号に変換するセンサーとして作用させるような装置にも、本発明のエネルギー損失の抑制機能は有効であり、本発明を適用可能である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、圧電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、振動発生装置の耐久性を高くし、小型化を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
（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。
【００２５】
図９に本発明が適用される振動切削装置の完成した全体斜視図を示す。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、振動する振動体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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
次に図４に示すように、圧電アクチュエータ１１２の貼り付け面に接着剤を付着させてから振動体１の胴体部１１０、取付面１１１の接着位置に載置する。接着剤の付着は、公知の塗布法、例えばスピンコート法、Ｉ／Ｊ法等を用いる。接着剤を圧電アクチュエータ１１２側ではなく取付面１１１に付着させても、また、圧電アクチュエータ１１２と取付面１１１の双方に付着させてもよい。
【００４３】
ここで、この接着剤としては、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。
【００４４】
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。
【００４５】
次に図５〜図７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は平面図、図７は接点１１３を通る切断面（図６のＡ−Ａ面）から見た断面図である。図６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７に示すように当該接点１１３の高さｈ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＞ｈ）。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。
【００４６】
そして、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。
【００４７】
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ｄ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。
【００４８】
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と振動体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。
【００４９】
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。
【００５０】
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】
【００５１】
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上記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。
【００５２】
図１１から判るように、従来の圧電アクチュエータの接着方法と本発明の圧電アクチュエータの接着方法とでは共振の鋭さ、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倍以上の差を示している。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
また、従来の方法による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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
以上、実施形態１によれば、圧電アクチュエータ１１２を接着する前の浮かした状態で溶着するので、半田溶着が極めて短時間で終了し、圧電アクチュエータが本来保有している分極を維持し、圧電特性を低下させることがない。このため、接着後の圧電アクチュエータ１１２は本来どおりの高い電気機械変換効率を示し、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して切削工具１０１に伝達可能である。
【００６１】
接着剤に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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
（実施形態２）
本発明の実施形態２は、実施形態１で説明した振動発生装置の製造方法により製造される、さらに小型化した振動切削装置に関する。図１４に本実施形態２の振動切削装置の全体斜視図を示す。図１５にその振動体の拡大斜視図を示す。
【００６７】
図１４に示すように、振動切削装置は、振動する振動体３を振動可能に保持する振動体支持装置４が収容した構造を備える。この振動切削装置全体は、さらに図示しない取付部材によってＮＣ旋盤等の位置合わせ装置に取り付けられるようになっている。
【００６８】
振動体支持装置４は、ハウジング構造になっており、内部に振動体３を収容可能になっている。振動体支持装置４の端面には開口４０３が設けられ、そこから振動体３の先端部３００が突出している。振動体支持装置４は四面の受け部４０１を有し、各面には点支持装置４０２が螺持されており、内部の振動体３を点支持している。
【００６９】
図１５に示すように、振動体３は、先端部３００及び胴体部３１０を備えている。先端部３００は、シングルのステップホーン構造を備え、胴体部３１０で発生した振動を増幅して先端面３０２を大きな振幅で振動させることが可能になっている。
【００７０】
先端部３００の先端面３０２には実施形態１と同様、加工時の接触部材となる切削工具３０１が設けられている。当該切削工具３０１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３０１は、その一部の刃が先端面３０２から飛び出すように固定されている。先端部３００の胴体部３１０寄りは、振動時の節となる部分で、振動体支持装置４に設けられる点保持部材４０２の接触点３０４となっており、接触点３０４を含む周辺領域が硬化領域３０３となっている。
【００７１】
胴体部３１０の後端の振動の節となる領域には、振動体支持装置４に軸持される点保持部材４０２が当接する接触点３２５が存在しており、当該接触点を含む周辺領域が硬化領域３２４となっている。
【００７２】
胴体部３１０は、四面が面取りされ取付面３１１を形成している。取付面３１１のうち一つのＸ面と一つのＹ面には、振動センサ３２２Ｘ及びＹが貼り付けられている。振動センサ３２２の両極からは、ツイスト線である配線３２３が引き出されている。振動センサ３２２Ｘ及びＹは、圧電アクチュエータ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３２３経由で出力可能になっている。
【００７３】
さらに胴体部３１０のＸ面には圧電アクチュエータ３１２Ｘが設けられ、Ｙ面には圧電アクチュエータ３１２Ｙが設けられている。圧電アクチュエータ３１２は接着剤で貼り付けられている。そのコーナーの接点３１３には半田付け等により配線３１４が電気的に接続されており、圧電アクチュエータ３１２の両極間に電圧を印加可能になっている。圧電アクチュエータ３１２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３１０に伝達されるようになっている。
【００７４】
本発明は、この圧電アクチュエータ３１２の取付面３１１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３１２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３の振動に係る機械的エネルギーに変換される。接着方法の詳細は上記実施形態１と同様であるため説明を省略する。
【００７５】
上記構成において、圧電アクチュエータ３１２Ｘに所定の周波数、２５ｋＨｚ程度の交流電圧を加えると、点支持部材４０２によって点支持されている接触点３０４や３２５を中心として振動体３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３１２Ｙにも同様の周波数の交流電圧を加えると、接触点３０４及び３２５を中心として振動体３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３１２Ｘに加える交流電圧と圧電アクチュエータ３１２Ｙ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３１０の振動の腹で発生するこの楕円振動は、当該振動体３の単段ステップホーン構造によって増幅され、先端面３０２から突出する切削工具３０１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３０１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。このため上記実施形態１と同様の作用効果を当該実施形態２でも奏する。
【００７６】
特に当該実施形態２によれば、本発明の圧電アクチュエータ３１２の接着により、エネルギー損失を極力抑制したため、コンパクトな切削工具となっている。このため、取り付け対象となる旋盤を選ばず、多様な加工に振動切削装置を用いることが可能である。
【００７７】
（実施形態３）
本発明の実施形態３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被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方法が適用される。
【００７８】
図１６に、振動工具の例として蒸気しみ抜き機５を示す。図１６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。
【００７９】
図１７に、振動工具の例として超音波洗浄器６を示す。図１７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。
【００８０】
図１８に、振動工具の例として超音波剥離器７を示す。図１８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。
【００８１】
図１９に、振動工具の例として超音波カッター８を示す。図１９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。
【００８２】
図２０に、振動工具の例として超音波穿孔装置９を示す。図２０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。
【００８３】
図２１に、振動工具の例として超音波振動研磨器１０を示す。図２１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。
【００８４】
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。
【００８５】
（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。
【００８６】
例えば、上記実施形態では、先に圧電アクチュエータに配線を接続していたが、圧電アクチュエータ１１２を先に振動体１に接着し、振動体１全体を、圧電アクチュエータ１１２を構成する圧電体材料のキュリー点より小さな所定温度に加熱してから、当該圧電アクチュエータ１１２に配線１１４を溶着するようにしてもよい。
【００８７】
このような方法によれば、振動体１の熱容量が大きく熱伝導率が高いとしても、その振動体１を含めて所定温度（例えば８０℃前後）まで加熱されているので、圧電アクチュエータ１１２に配線１１４を溶着する際に長時間加熱しなくても溶着が完了でき、過剰な加熱により分極が喪失し圧電特性が劣化することを防止できる。このとき、振動体１の加熱は圧電体材料のキュリー点より低い温度までであるため、この加熱によって圧電アクチュエータの分極を喪失したり圧電特性を低下させたりすることはない。
【００８８】
また、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】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貼り付け説明図。
【図５】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シリコンゴム適用図。
【図６】シリコンゴムを適用後の圧電アクチュエータ平面図。
【図７】シリコンゴムを適用後の圧電アクチュエータ断面図（図６Ａ−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に係る振動切削装置の全体斜視図。
【図１５】実施形態２に係る振動切削装置の振動体の拡大斜視図。
【図１６】実施形態３に係る振動工具の例である蒸気しみ抜き機の斜視図。
【図１７】実施形態３に係る振動工具の例である超音波洗浄器の斜視図。
【図１８】実施形態３に係る振動工具の例である超音波剥離器の斜視図。
【図１９】実施形態３に係る振動工具の例である超音波カッターの斜視図。
【図２０】実施形態３に係る振動工具の例である超音波穿孔装置の斜視図。
【図２１】実施形態３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、３…振動体、２、４…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、２０１…螺子孔、２０２…点支持部材（螺子）、２０３…螺子穴、３００…先端部、３０１…切削工具、３０２…先端面、３０３…硬化領域、３０４…接触点、３１０…胴体部、３１１…取付面、３１２…圧電アクチュエータ、３１３…接点、３１４…配線、３２２…振動センサ、３２３…配線、３２４…硬化領域、３２５…接触点、４０１…受け部、４０２…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７】
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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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【図２０】
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【図２１】
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