(57)【要約】【課題】良好に振動することができ、かつ耐久性の高い圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法および装置を提供する。【解決手段】本発明の圧電アクチュエータ５は、振動部本体と、該振動部本体の一部分から所定方向に突出し、移動体に当接する接触部５１５とを備えた振動部材と、前記振動部材に固定された圧電素子５２とを有する振動体５０を備え、前記圧電素子５２の振動により、前記接触部５１５を介して前記移動体に動力を伝達し、該移動体を移動させる圧電アクチュエータであって、前記接触部５１５の少なくとも前記移動体に当接する部分に、セラミックス層５９が設けられていることを特徴とする。【選択図】図３
2005253277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動部本体と、該振動部本体の一部分から所定方向に突出し、移動体に当接する接触部とを備えた振動部材と、
前記振動部材に固定された圧電素子とを有する振動体を備え、
前記圧電素子の振動により、前記接触部を介して前記移動体に動力を伝達し、該移動体を移動させる圧電アクチュエータであって、
前記接触部の少なくとも前記移動体に当接する部分に、セラミックス層が設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記セラミックス層は、前記振動部材より高い硬度を有する請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記セラミックス層のセラミックスは、酸化物、炭化物、窒化物および硼化物のうちの少なくとも１つである請求項１または２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記セラミックス層のセラミックスは、酸化アルミニウムおよび／または炭化ケイ素である請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記セラミックス層のセラミックスは、酸化ジルコニウムと、酸化アルミニウムおよび／または炭化ケイ素とを含むものである請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記振動部本体と前記接触部とが一体的に形成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記セラミックス層のビッカース硬度Ｈｖは、１０００以上である請求項１ないし６のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記セラミックス層の厚みは、１μｍ以上である請求項１ないし７のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】
前記接触部の少なくとも前記セラミックス層が設けられる部分に下地処理が施されている請求項１ないし８のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
前記下地処理により、前記セラミックス層と前記接触部との間に金属層が設けられている請求項９に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１１】
前記セラミックス層は、脆性材料で構成された脆性粒子を不活性ガス中に分散し、該不活性ガスをキャリアガスとして、前記脆性粒子を前記接触部の少なくとも前記移動体に当接する部分に衝突させて固着させたものである請求項１ないし１０のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１２】
振動部本体と、該振動部本体の一部分から所定方向に突出し、移動体に当接する接触部とを備えた振動部材と、
前記振動部材に固定された圧電素子とを有する振動体を備え、
前記圧電素子の振動により、前記接触部を介して前記移動体に動力を伝達し、該移動体を移動させる圧電アクチュエータの製造方法であって、
脆性材料で構成された脆性粒子を不活性ガス中に分散し、該不活性ガスをキャリアガスとして、前記脆性粒子を、前記接触部の少なくとも前記移動体に当接する部分に衝突させて固着させることにより、前記接触部の少なくとも前記移動体に当接する部分にセラミックス層を形成することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１３】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の圧電アクチュエータを有することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子に繰り返し電圧を印加（制御）することによって圧電素子を振動させ、この振動によって移動体を移動させる、いわゆる圧電アクチュエータが開発されている。このような圧電アクチュエータとしては、圧電素子の端面に突起が設けられているものがある（例えば、特許文献１参照）。この圧電アクチュエータでは、板状の圧電素子の端面に突起が接着されており、この突起を移動体に接触させて、移動体と突起の摩擦力によって移動体を移動させる。このような構成によれば、移動体に対しては突起が接触するため、圧電素子の摩耗が防止され、長期間の使用によっても圧電素子の形状変化を防止でき、安定した振動を得ることができる。
【０００３】
しかしながら、その一方で、圧電素子はセラミックスなどの脆性材料で構成されているため、耐衝撃性に劣るという欠点があり、また、高価である。そこで、圧電素子の脆性を補強するために、圧電素子に振動板を固定したものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この圧電アクチュエータでは、板状の圧電素子にリン青銅などで構成された振動板が固定されている。振動板には、突起が一体的に形成されており、この突起を移動体に当接することで、移動体と突起との摩擦力によって移動体を移動させる。このような構成によれば、振動板が圧電素子の脆性を補強しながら圧電素子の振動を突起に伝達するので、突起が良好に振動して移動体を移動させることができる。
しかしながら、この圧電アクチュエータでは、圧電素子の振動を阻害せず、突起に良好に振動を伝達させるために、振動板がリン青銅などの比較的柔らかい材料で構成されている。このため、振動板に一体的に形成された突起が移動体との摩擦によって摩耗してしまい、圧電アクチュエータの耐久性を向上させることができない。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１８４３８２号公報
【特許文献２】特開２０００−１８８８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、良好に振動することができ、かつ耐久性の高い圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の圧電アクチュエータは、振動部本体と、該振動部本体の一部分から所定方向に突出し、移動体に当接する接触部とを備えた振動部材と、
前記振動部材に固定された圧電素子とを有する振動体を備え、
前記圧電素子の振動により、前記接触部を介して前記移動体に動力を伝達し、該移動体を移動させる圧電アクチュエータであって、
前記接触部の少なくとも前記移動体に当接する部分に、セラミックス層が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、振動部材が設けられているので、圧電素子の脆性が補強され、耐衝撃性を向上させることができる。
また、良好に振動し得るように（圧電素子の振動を阻害しないように）振動部材を構成しつつ、セラミックス層により、接触部の耐摩耗性を向上させることができる。
これにより、良好に振動することができ、駆動力の伝達効率が高く、かつ耐久性の高い圧電アクチュエータを実現することができる。
【０００８】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記セラミックス層は、前記振動部材より高い硬度を有するのが好ましい。
これにより、接触部の耐摩耗性が向上し、これによって、圧電アクチュエータの耐久性を向上させることができる。
本発明の圧電アクチュエータでは、前記セラミックス層のセラミックスは、酸化物、炭化物、窒化物および硼化物のうちの少なくとも１つであるのが好ましい。
これにより、接触部の耐摩耗性が向上し、これによって、圧電アクチュエータの耐久性を向上させることができる。
【０００９】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記セラミックス層のセラミックスは、酸化アルミニウムおよび／または炭化ケイ素であるのが好ましい。
これにより、接触部の耐摩耗性がさらに向上し、これによって、圧電アクチュエータの耐久性をさらに向上させることができる。
本発明の圧電アクチュエータでは、前記セラミックス層のセラミックスは、酸化ジルコニウムと、酸化アルミニウムおよび／または炭化ケイ素とを含むものであるのが好ましい。
これにより、接触部の耐摩耗性がさらに向上するとともに、耐衝撃性がさらに向上し、これによって、圧電アクチュエータの耐久性をさらに向上させることができる。
【００１０】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記振動部本体と前記接触部とが一体的に形成されているのが好ましい。
これにより、接触部が振動部本体から脱落してしまうことがなく、振動部本体と接触部とを別部材で構成した場合に比べ、耐久性が高く、また、容易に製造することができる。
本発明の圧電アクチュエータでは、前記セラミックス層のビッカース硬度Ｈｖは、１０００以上であるのが好ましい。
これにより、接触部の耐摩耗性がさらに向上し、これによって、圧電アクチュエータの耐久性をさらに向上させることができる。
【００１１】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記セラミックス層の厚みは、１μｍ以上であるのが好ましい。
これにより、接触部の耐摩耗性がさらに向上し、これによって、圧電アクチュエータの耐久性をさらに向上させることができる。
本発明の圧電アクチュエータでは、前記接触部の少なくとも前記セラミックス層が設けられる部分に下地処理が施されているのが好ましい。
これにより、接触部に対するセラミックス層の密着強度を高めることができ、これによって、圧電アクチュエータの耐久性をさらに向上させることができる。
【００１２】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記下地処理により、前記セラミックス層と前記接触部との間に金属層が設けられているのが好ましい。
これにより、接触部に対するセラミックス層の密着強度を高めることができ、これによって、圧電アクチュエータの耐久性をさらに向上させることができる。
特に、振動部材（接触部）を樹脂や樹脂を含む材料で構成する場合でも、セラミックス層を容易かつ確実に形成することができ、接触部に対するセラミックス層の密着強度を高くすることができる。
【００１３】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記セラミックス層は、脆性材料で構成された脆性粒子を不活性ガス中に分散し、該不活性ガスをキャリアガスとして、前記脆性粒子を前記接触部の少なくとも前記移動体に当接する部分に衝突させて固着させたものであるのが好ましい。
これにより、セラミックス層を容易かつ確実に形成することができる。
【００１４】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、振動部本体と、該振動部本体の一部分から所定方向に突出し、移動体に当接する接触部とを備えた振動部材と、
前記振動部材に固定された圧電素子とを有する振動体を備え、
前記圧電素子の振動により、前記接触部を介して前記移動体に動力を伝達し、該移動体を移動させる圧電アクチュエータの製造方法であって、
脆性材料で構成された脆性粒子を不活性ガス中に分散し、該不活性ガスをキャリアガスとして、前記脆性粒子を、前記接触部の少なくとも前記移動体に当接する部分に衝突させて固着させることにより、前記接触部の少なくとも前記移動体に当接する部分にセラミックス層を形成することを特徴とする。
この発明によれば、セラミックス層を容易かつ確実に形成することができる。
また、振動部材が設けられているので、圧電素子の脆性が補強され、耐衝撃性を向上させることができる。
また、良好に振動し得るように（圧電素子の振動を阻害しないように）振動部材を構成しつつ、セラミックス層により、接触部の耐摩耗性を向上させることができる。
これにより、良好に振動することができ、駆動力の伝達効率が高く、かつ耐久性の高い圧電アクチュエータを実現することができる。
本発明の装置は、本発明の圧電アクチュエータを有することを特徴とする。
これにより、耐久性の高い装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法および装置を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の装置を駆動装置に適用した場合の実施形態を示す平面図、図２は、図１に示す圧電アクチュエータを示す斜視図、図３は、図１に示す圧電アクチュエータの先端側（接触部側）の主要部分を示す側断面図、図４は、図１中のＡ−Ａ線での断面図、図５は、図１中のＢ−Ｂ線での断面図である。
【００１６】
これらの図に示すように、駆動装置（装置）１２は、圧電素子５２を有する振動体５０を備えた圧電アクチュエータ５と、圧電アクチュエータ５の振動体５０の振動で回転する回転体（移動体）１００と、振動体５０の回転体１００に対する当接力を調整する当接力調整手段６とを備えている。圧電アクチュエータ５および当接力調整手段６は円盤状の固定体７に固定されており、この固定体７の外周には環状の回転体１００が、周方向に等間隔で配置された複数のボール７１を介して回転可能に設けられている。
【００１７】
圧電アクチュエータ５は、圧電素子５２の振動により、接触部５１５を介して回転体（移動体）１００に動力を伝達し、回転体１００を回転（移動）させるものである。図２および図３に示すように、圧電アクチュエータ５は、略矩形平板状に形成された補強板（振動部材）５１およびこの補強板５１の表裏両面に設けられた平板状の圧電素子５２を有する振動体５０と、この振動体５０の圧電素子５２に所定周波数の電圧を印加する図示しない印加装置とを備えている。
【００１８】
補強板５１は、平面視で略長方形状をなす補強板本体（振動部本体）５１４と、補強板本体５１４（圧電素子５２）の一方の短辺の中央部（一部分）から補強板本体５１４の長手方向に突出し、回転体１００に当接（接触）する接触部５１５とを有している。
この補強板本体５１４と接触部５１５とは、一体的に（一部材で）形成されている。これにより、接触部５１５が補強板本体５１４から脱落してしまうことがなく、補強板本体５１４と接触部５１５とを別部材で構成した場合に比べ、耐久性が高く、また、容易に製造することができる。
【００１９】
接触部５１５は、平面視で略半円状をなしている。また、接触部５１５の先端面５１６は、側面視で（図３中において）略円弧凸状をなしている。
この接触部５１５の少なくとも回転体（移動体）１００に当接する部分（表面）、本実施形態では先端面５１６に、セラミックス層５９が設けられている。このセラミックス層５９の図３中左側の表面が、回転体１００に当接（接触）する当接面（接触面）５９１となる。これにより、接触部５１５の耐摩耗性が向上し、これによって、圧電アクチュエータ５の耐久性を向上させることができる。なお、セラミックス層５９については、後で詳述する。
【００２０】
また、補強板本体５１４の長手方向略中央（長辺の中央部）の幅方向両側には、１対の腕部５１Ａ、５１Ａが、互いに略対称に、補強板本体５１４と一体的に形成されている。各腕部５１Ａは、それぞれ補強板本体５１４からその長手方向に対して略垂直に突出しており、各腕部５１Ａの端部には、それぞれ孔５１３が穿設されている。
補強板５１の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム系合金、チタンまたはチタン系合金、銅または銅系合金等の各種金属材料や、各種樹脂材料等を用いることができるが、特に、低ヤング率で振動し易く、圧電素子５２の振動を阻害しにくくなる（阻害しない）ように、選択するのが好ましい。なお、本実施形態では、補強板５１を金属材料で形成した場合を例に挙げて説明する。
この振動体５０は、接触部５１５に設けられたセラミックス層５９が回転体１００の内周面に当接し、振動体５０の長手方向が回転体１００の内周の接線方向に対して略垂直になるように（回転体１００の径方向に沿うように）、配置されている。
【００２１】
圧電素子５２は、補強板５１の補強板本体５１４（略長方形の部分）の両面に設けられている（固定されている）。圧電素子５２の構成材料としては、特に限定されず、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。
【００２２】
また、圧電素子５２の両面には、電極が形成されている。これらの電極は、例えば、ニッケルおよび金などを、例えば、湿式メッキ法や、スパッタリング、蒸着等の乾式メッキ法等の方法によって形成し、得ることができる。
これら両面の電極のうち、補強板５１に対向する面側の電極は、圧電素子５２の全面に渡って形成され、補強板５１に接着などされることによって補強板５１と導通している。
【００２３】
一方、圧電素子５２の表面側（補強板５１と反対側の面側）の電極は、溝によって互いに電気的に絶縁されて、長手方向に沿った中心線を軸として線対称に複数形成されている。すなわち、圧電素子５２を幅方向に略３等分するように２本の溝５５Ａが形成され、これらの溝５５Ａで分割された３つの電極のうち、両側の電極ではさらに長手方向に略２等分するように溝５５Ｂが形成されている。これらの溝５５Ａ、５５Ｂにより、圧電素子５２の表面には、中央に電極５２Ａが形成され、また、この電極５２Ａの両側には、対角線上両端をそれぞれ対とする電極５２Ｂ、５２Ｃが形成される。
【００２４】
これらの電極５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃおよび補強板５１は、それぞれ、例えばリード線（図示せず）などにより、固定体７の振動体５０と反対側に設けられた前記印加装置に接続されている。この場合、リード線は、固定体７に形成された孔（図示せず）を挿通している。
なお、これらの電極５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃは、それぞれ、補強板５１を挟んで設けられた表裏両方の圧電素子５２に同様に設けられている。例えば、電極５２Ａの裏面側には電極５２Ａが、電極５２Ｂの裏面側には電極５２Ｂが、電極５２Ｃの裏面側には電極５２Ｃが、それぞれ形成されている。
【００２５】
ここで、圧電素子５２の寸法（例えば、長さ、幅、厚さ等）や、電極の分割形態などの諸条件は、圧電素子５２に繰り返し電圧が印加されたときに、圧電素子５２が長手方向に伸縮する、いわゆる縦振動と、圧電素子５２の平面中心に対して点対称に、面内で縦振動に直交する方向に屈曲する、いわゆる屈曲振動とが同時に現れるように適宜設定される。この場合、縦振動の共振周波数と、屈曲振動の共振周波数とは互いに近接（接近）するように設定されていることが好ましく、縦振動の共振周波数に対する屈曲振動の共振周波数の比は、１．００より大きく、１．０３以下であることが好ましい。また、圧電素子５２の長辺と短辺との長さ比は、長辺を１とすると、短辺が０．２７４以上であることが好ましい。
【００２６】
なお、前記圧電素子５２の長辺を１としたときの短辺が０．２７４よりも小さい場合には、縦振動の共振周波数が屈曲振動の共振周波数よりも大きくなり、良好な楕円軌道を描くことができない。このとき、縦振動の共振周波数に対する屈曲振動の共振周波数の比は１．００以下である。また、縦振動の共振周波数に対する屈曲振動の共振周波数の比が１．０３より大きい場合には、縦振動の共振点と屈曲振動の共振点が離れてしまい、両振動の振幅を同時に良好にすることができない。
【００２７】
圧電素子５２に印加される電圧の周波数としては、好ましくは縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数との間、より好ましくは反共振周波数と屈曲振動の共振周波数との間で両方の振動が良好に現れる周波数を適宜選択する。なお、圧電アクチュエータ５の圧電素子５２に印加される電圧の波形は特に限定されず、例えばサイン波、矩形波、台形波などを採用できる。
【００２８】
図１に示すように、当接力調整手段６は、圧電アクチュエータ５の振動体５０を支持する支持部材５６と、この支持部材５６に一端が固定されたばね５７と、ばね５７の付勢力を調整する偏心ピン５８とを備えている。
支持部材５６は、例えば、硬質プラスチック、その他の材料で構成され、図２にも示すように、振動体５０が固定される１対の固定部５６１と、これらの固定部５６１の間に一体的に形成され、固定体７にスライド可能に支持されるスライド部５６２とを備えている。固定部５６１には、腕部の孔５１３に対応する位置にねじ部５６３が形成されている。このねじ部５６３に孔５１３を貫通してねじ５６４が螺合されることにより振動体５０が固定部５６１に固定されている。
【００２９】
図４にも示すように、スライド部５６２は、固定体７に凹状に形成されたスライド溝７２に配置されており、幅方向略中央には、支持部材５６が回転体１００に対して近接離間する方向（近接離間方向）に平行となるように長孔５６５が複数箇所（本実施形態では２箇所）形成されている。これらの長孔５６５には、ねじ７２１が貫通して固定体７に螺合されている。これにより、支持部材５６は長孔５６５の長手方向、すなわち回転体１００に対して近接離間方向にスライド可能となっている。
【００３０】
図５にも示すように、支持部材５６両側の固定部５６１において、振動体５０の接触部５１５から遠い側の端部側面には、ばね５７の一端が取り付けられている。ばね５７は、その伸縮方向が振動体５０の近接離間方向に平行となるように配置され、ばね５７の他端には円柱状の当接ピン５７１が挿入されている。この当接ピン５７１は、固定体７の平面方向に平行に摺動可能に支持されており、その先端が偏心ピン５８の側面に当接されている。偏心ピン５８は、固定体７に螺合されることで、回動可能に支持されている。このように、ばね５７の一端が支持部材５６に当接され、ばね５７の他端の当接ピン５７１が偏心ピン５８の側面に当接されることにより、ばね５７は支持部材５６を回転体１００に近接する方向に付勢している。したがって、振動体５０の接触部５１５は適当な当接力で回転体１００に押し付けられている。
【００３１】
回転体１００は、例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼ＳＵＳ４４０Ｃで構成されており、内周部分に断面円弧凹状の凹部（被接触部）（被当接部）１０１が形成されている。この凹部１０１には、振動体５０の接触部５１５が当接されている。凹部１０１と接触部５１５の当接面５９１との間には、トラクションオイルが介在されている。ここで、トラクションオイルとは、トラクション係数を高めた潤滑剤である。圧力−粘度係数が高く、圧力が作用すると硬化し、圧力が解除されると軟化する性質を有している。トラクションオイルとしては、例えば、サントトラック（ＳＡＮＴＯＴＲＡＣ）＃１００（日本鉱業石油（株）製）や、ＩＴＦ３２（出光興産（株）製）等を採用できる。
【００３２】
回転体１００の内周に沿って等間隔に配置された複数のボール７１は、回転体１００の内周に形成された溝１０２と、固定体７の外周に形成された傾斜部分と、固定体７に固定された環状の押さえ板７１１の傾斜部分とで挟まれることによって溝１０２に収まっている。また、固定体７と押さえ板７１１との間には環状のボール保持部７１２が介装されている。このボール保持部７１２は、外周にボール７１と同数の略半円形の切欠部分が形成され、この切欠部分に各ボール７１がそれぞれ配置されることで、各ボール７１は、固定体７の外周で所定間隔を保っている。
【００３３】
次に、圧電アクチュエータ５の振動体５０の接触部５１５に設けられたセラミックス層５９について説明する。
前述したように、振動体５０の接触部５１５の少なくとも回転体（移動体）１００に当接する部分（表面）、本実施形態では先端面５１６には、セラミックス層５９が設けられている。このセラミックス層５９は、補強板５１（補強板本体５１４および接触部５１５）より高い硬度を有している。これにより、接触部５１５の耐摩耗性が向上し、これによって、圧電アクチュエータ５の耐久性を向上させることができる。
【００３４】
セラミックス層５９のビッカース硬度Ｈｖは、１０００以上であるのが好ましく、１０００〜１８００程度であるのがより好ましい。
セラミックス層５９のビッカース硬度Ｈｖが１０００未満であると、使用条件等によっては、圧電アクチュエータ５の耐久性が向上しない場合がある。
また、セラミックス層５９の厚みは、１μｍ以上であるのが好ましく、１〜１００μｍ程度であるのがより好ましい。
セラミックス層５９の厚みが１μｍ未満であると、使用条件等によっては、圧電アクチュエータ５の耐久性が向上しない場合がある。
【００３５】
また、セラミックス層５９のセラミックスとしては、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化クロム、酸化ケイ素、酸化マグネシウムなどの酸化物、炭化ケイ素、炭化硼素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ニオブ、炭化クロム、炭化タングステンなどの炭化物、窒化硼素、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ニオブなどの窒化物、硼化アルミニウム、硼化ケイ素、硼化チタン、硼化ジルコニウム、硼化クロムなどの硼化物などが挙げられ、これらのうちの１つ、または２つ以上を混合して用いることができる。
【００３６】
ここで、前記のうちでは、セラミックス層５９を構成しているセラミックスは、酸化アルミニウムを含むもの、炭化ケイ素を含むもの、または、酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを含むものが好ましく、特に、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、または、酸化アルミニウムと炭化ケイ素との複合物が好ましい。
これにより、接触部５１５の耐摩耗性がさらに向上し、これによって、圧電アクチュエータ５の耐久性をさらに向上させることができる。
【００３７】
また、セラミックス層５９を構成しているセラミックスは、酸化ジルコニウムと酸化アルミニウムとを含むもの、酸化ジルコニウムと炭化ケイ素とを含むもの、または、酸化ジルコニウムと酸化アルミニウムと炭化ケイ素とを含むものが好ましく、特に、酸化ジルコニウムと酸化アルミニウムとの複合酸化物（複合物）、酸化ジルコニウムと炭化ケイ素との複合物、または、酸化ジルコニウムと酸化アルミニウムと炭化ケイ素との複合物が好ましい。
【００３８】
酸化ジルコニウムが含まれることにより、耐衝撃性が向上する。そして、酸化アルミニウムと炭化ケイ素との少なくとも一方が含まれることにより、接触部５１５の耐摩耗性がさらに向上する。これにより、圧電アクチュエータ５の耐久性をさらに向上させることができる。
また、セラミックス層５９のセラミックスに、酸化アルミニウムと炭化ケイ素酸との少なくとも一方と、酸化ジルコニウムとを含める場合、酸化アルミニウムと炭化ケイ素酸の合計の含有量（含有比）は、セラミックス層５９を構成するセラミックス全体の５０ｗｔ％以上であるのが好ましく、５０〜９０ｗｔ％程度であるのがより好ましい。酸化アルミニウムと炭化ケイ素酸の合計の含有量が５０ｗｔ％以上であると、耐摩耗性がさらに向上する。この場合、耐衝撃性よりも、耐摩耗性を優先すべく、酸化アルミニウムと炭化ケイ素酸の合計の含有量を５０ｗｔ％以上としている。
【００３９】
一方、酸化ジルコニウムの含有量（含有比）は、セラミックス層５９を構成するセラミックス全体の１０ｗｔ％以上であるのが好ましく、１０〜５０ｗｔ％程度であるのがより好ましい。酸化ジルコニウムの含有量が１０ｗｔ％以上であると、耐衝撃性がさらに向上する。
前記セラミックス層５９の形成方法（圧電アクチュエータ５の製造方法）は、特に限定されず、各種の方法を採用することができるが、脆性材料で構成された脆性粒子（脆性微粒子）の衝突固着現象（衝突焼結固着現象）を利用した方法でセラミックス層５９を形成するのが好ましい。以下、この方法を「ジェットモールディング法」と呼ぶ。
【００４０】
次に、圧電アクチュエータ５の製造方法、すなわち、ジェットモールディング法によるセラミックス層５９の形成方法（成膜方法）について説明する。
ジェットモールディング法では、所定の脆性材料で構成された脆性粒子（脆性微粒子）を所定の不活性ガス（不活性ガス雰囲気）中に分散し、この不活性ガスをキャリアガスとして、前記脆性粒子を、接触部５１５の少なくとも回転体（移動体）１００に当接する部分に所定の速度（例えば、音速前後の速度）で衝突させて固着（焼結固着）させることにより、接触部５１５の少なくとも回転体１００に当接する部分にセラミックス層５９を形成（成膜）する。以下、詳細に説明する。
このジェットモールディング法で用いる装置は、具体的な図示は省略するが、例えば、真空ポンプにより内部が所定の圧力とされる成膜室（チャンバー）と、脆性材料で構成された脆性粒子（脆性微粒子）をエアロゾル化するエアロゾル化室とを備えている。
【００４１】
成膜室内には、補強板５１を固定するためのホルダと、補強板５１の接触部５１５におけるセラミックス層５９の形成部位に対応する位置に開口を有するマスクとが設置されている。なお、このマスクは、省略されてもよい。
前記エアロゾル化室では、不活性ガスが内部に充填されるとともに、脆性粒子を不活性ガス雰囲気中に分散させることで、前記脆性粒子がエアロゾル化される。このエアロゾル化室は、その室内で生成されたエアロゾルを前記成膜室内に搬送し得るように、前記成膜室と搬送管にて接続されている。そして、前記搬送管の先端側は、前記マスクを介して前記ホルダに設置される補強板５１の接触部５１５におけるセラミックス層５９の形成部位に対向配置されたノズルに接続されている。ノズルの先端開口の寸法は、例えば、５ｍｍ×１ｍｍ程度とすることができる。
【００４２】
脆性粒子を構成する脆性材料としては、前述したセラミックスを用いることができる。また、脆性粒子としては、１種または２種以上（例えば、構成材料や平均粒径等の異なるもの）を混合して用いることができる。
また、脆性粒子は、平均粒径が５．０μｍ以下の微小なものであればよいが、その平均粒径は、０．２〜１．０μｍ程度であるのが好ましい。
また、前記エアロゾル化室に充填される不活性ガスとしては、例えば、ヘリウム、窒素、空気、アルゴン等を用いることができる。
【００４３】
セラミックス層５９を形成する際は、まず、補強板５１を前記ホルダに設置する。また、前記エアロゾル化室内に不活性ガスを充填させ、脆性粒子と不活性ガスとが適当な比率で混合されたエアロゾルを生成させる。さらに、前記真空ポンプにより前記成膜室内を所定の圧力で真空状態（低真空状態）とし、前記成膜室と前記エアロゾル化室とに差圧（圧力差）を生じさせる。
【００４４】
このように差圧が生じることにより、前記エアロゾル化室内にて生成したエアロゾルが前記搬送管内を成膜室に向って流れ、加速され、前記ノズルからそのエアロゾルが、例えば音速前後の速度で噴霧される。噴霧されたエアロゾルは、前記マスクを介して、補強板５１の接触部５１５におけるセラミックス層５９の形成部位に衝突し、固着（焼結固着）され、目的部位にセラミックス層５９が形成される。
【００４５】
このジェットモールディング法によってセラミックス層５９を形成することにより、そのセラミックス層５９を容易かつ確実に形成することができる。特に、球面などの任意の曲面に成膜が可能であり、あらゆる形状の接触部５１５に対し、確実にセラミックス層５９を形成することができる。また、室温（常温）でセラミックス層５９を形成することができる。
【００４６】
ここで、セラミックス層５９の形成（成膜）に先立って、接触部５１５に対して、下地処理を施してもよい。この下地処理は、接触部５１５のうちの、少なくともセラミックス層５９が形成される部分（表面）に対して行なわれる。これにより、接触部５１５に対するセラミックス層５９の密着強度を高めることができ、これによって、圧電アクチュエータ５の耐久性を向上させることができる。
【００４７】
下地処理としては、例えば、粗面加工、下地層の形成（成膜）等が挙げられる。
粗面加工としては、例えば、アルカリ洗浄、酸洗浄、水洗、有機溶剤洗浄等の洗浄処理や、ブラスト処理（例えば、ショットブラスト、サンドブラスト等）、エッチング処理、ボンバード処理等が挙げられる。
下地層は、接触部５１５の表面、すなわち、接触部５１５とセラミックス層５９との間に設けられる。この下地層は、金属や合金で構成された金属層であるのが好ましい。
【００４８】
補強板５１（接触部５１５）を樹脂や樹脂を含む材料で構成する場合、下地層、特に、金属層を形成することにより、セラミックス層５９を容易かつ確実に形成することができ、接触部５１５に対するセラミックス層５９の密着強度を高くすることができる。
下地層は、例えば、湿式メッキ法や乾式メッキ法（気相成膜法）等のメッキ法（メッキ）で形成することができる。湿式メッキ法としては、例えば、電解メッキ（電気メッキ）、無電解メッキ等が挙げられる。また、乾式メッキ法としては、例えば、真空蒸着等の蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、ＰＶＤ、ＣＶＤ等が挙げられる。
【００４９】
次に、駆動装置１２（圧電アクチュエータ５）の作用（動作）について説明する。
圧電アクチュエータ５の振動体５０の圧電素子５２に印加装置により所定の周波数の交流電圧を印加して振動体５０を振動させる。このとき、電極５２Ａおよび電極５２Ｃのみに選択的に電圧を印加（通電）することにより、圧電素子５２は、縦振動と屈曲振動とを励振する。すなわち、圧電素子５２（振動体５０）は、縦振動および屈曲振動の複合振動を行なう。これらの縦振動および屈曲振動によって、振動体５０の接触部５１５は、略楕円軌道を描いて所定方向に周回する。
接触部５１５は、この楕円軌道における所定の箇所（一部）で回転体１００の凹部１０１に押し付けられて、回転体１００との摩擦力によって回転体１００を円周方向に間欠回転させる。これを所定の周波数で繰り返し行うことにより、回転体１００は所定の方向（一方向）に所定の回転速度（回転数）で回転する。
【００５０】
回転体１００の回転速度を変更する場合には、当接力調整手段６を操作する。すなわち、例えば回転体１００の回転速度を遅くする場合は、偏心ピン５８を操作して（回動させて）ばね５７を長くする方向へ調整する。これによって、ばね５７の支持部材５６への付勢力が緩和され、振動体５０の接触部５１５における回転体１００への当接力が弱くなる。したがって、接触部５１５が楕円軌道上で回転体１００と接触して摩擦力で回転体１００を駆動できる範囲が狭くなり、伝達される回転トルクが弱くなるので、その結果回転体１００の回転速度が遅くなる。
反対に、回転体１００の回転速度を速くする場合には、偏心ピン５８を操作して（回動させて）ばね５７を縮める方向に調整する。これによって、接触部５１５の回転体１００に対する当接力が強くなり、伝達される回転トルクが強くなるので、回転体１００の回転速度が速くなる。
【００５１】
また、回転体１００を前記と反対方向に回転させる場合には、圧電素子５２に印加する電圧の電極を長手方向に沿った中心線を軸として線対称に切り替える。すなわち、圧電素子５２の電極５２Ａおよび電極５２Ｂに所定の周波数の交流電圧を印加する。これにより、振動体５０の接触部５１５は、略楕円軌道を描いて前記と反対方向に周回する。これによって、回転体１００は前記と反対方向に所定の回転速度で回転する。
【００５２】
以上説明したように、この圧電アクチュエータ５によれば、補強板５１が設けられているので、圧電素子５２の脆性が補強され、耐衝撃性を向上させることができる。
また、良好に振動し得るように（圧電素子５２の振動を阻害しないように）補強板５１を構成しつつ、セラミックス層５９により、接触部５１５の耐摩耗性を向上させることができる。
これにより、駆動力の伝達効率を高くしつつ、かつ耐久性も高くすることができる。すなわち、駆動力の伝達効率を高くしつつ、長寿命化も図ることができる。これによって、例えば、ポンプ駆動部のような長時間連続運転が求められる駆動部にも十分に使用が可能となる。
【００５３】
また、回転体１００を効率良く回転させるためには、振動体５０の接触部５１５と回転体１００の凹部１０１とに所定の大きさの摩擦力が必要であるが、この接触部５１５に形成されたセラミックス層５９の当接面５９１の動摩擦係数は、例えば、０．６〜０．８程度であり、このため駆動伝達力（摩擦力）が大きく、回転体１００を効率良く回転させることができる。
本発明の圧電アクチュエータの効果を確認するために、下記実施例１、２および比較例１、２の圧電アクチュエータを作成し、下記の評価を行なった。
【００５４】
（実施例１）
図２および３に示す前述した圧電アクチュエータを作成した。この場合、前述したジェットモールディング法により、接触部にセラミックス層を形成した。各部の構成材料、寸法、セラミックス層の形成条件等は、下記の通りである。
＜振動板＞
構成材料：ＳＵＳ３０１ＥＨ（生材）
＜セラミックス層＞
構成材料：酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムの複合酸化物
ビッカース硬度Ｈｖ：１２００
厚み：１０μｍ
【００５５】
＜セラミックス層の形成条件＞
成膜室内圧力：７０Ｐａ
エアロゾル化室内圧力：７０ｋＰａ
搬送ガス種類：Ｈｅ
成膜時温度：室温
ノズル−ワーク間距離：４ｍｍ
＜セラミックス層の形成に用いた脆性粒子＞
第１の脆性粒子：酸化アルミニウム（平均粒径：０．３μｍ）
第２の脆性粒子：酸化ジルコニウム（平均粒径：０．３μｍ）
混合比：重量比で、酸化アルミニウムの脆性粒子（第１の脆性粒子）「１０」に対し、酸化ジルコニウムの脆性粒子（第２の脆性粒子）「２」
【００５６】
（比較例１）
接触部にセラミックス層を設けない他は、前記実施例１と同様の圧電アクチュエータを作成した。
（実施例２）
振動板の構成材料を下記のものとした他は、前記実施例１と同様の圧電アクチュエータを作成した。
＜振動板＞
構成材料：ＳＵＳ３０１ＥＨに対し、５００〜６００℃で６０分間の窒化加熱処理を施したもの
（比較例２）
接触部にセラミックス層を設けない他は、前記実施例２と同様の圧電アクチュエータを作成した。
【００５７】
[評価]
前記実施例１、２および比較例１、２の各圧電アクチュエータを用い、それぞれ、ロータを５０００[回]回転させた。この際、５０００[回]までの所定の回転回数において、接触部の摩耗量（高さの減少分）を求めた。接触部のロータへの押圧条件および駆動条件の各条件は、すべて同一とした。
【００５８】
この結果を図６のグラフに示す。図６のグラフの縦軸は、比較例１の磨耗量を１としたときの相対値を示す。なお、比較例１では、ロータが約２５００[回]回転した時点で、接触部の摩耗量が大きくなりすぎ、ロータを回転させることができなくなった。
図６に示されるように、実施例１の接触部の摩耗量は、比較例１の接触部の摩耗量の約３０％程度に抑えられ、耐摩耗性（耐久性）が向上したことが確認された。
同様に、実施例２の接触部の摩耗量は、比較例２の接触部の摩耗量の約２０％程度に抑えられ、耐摩耗性（耐久性）が向上したことが確認された。
【００５９】
以上、本発明の圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法および装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。
すなわち、本発明の圧電アクチュエータは、接触部の少なくとも移動体に当接する部分に、セラミックス層が設けられていればよく、この他の構成（例えば、各部の形状、各部の大きさや寸法、各部の配置、各部の数、各部の物性、各部の構成材料、振動モード、駆動条件、駆動制御方法等）は、前記実施形態には限定されない。
【００６０】
例えば、本発明では、振動部材の一方の面側のみに圧電素子が固定されていてもよい。
また、本発明では、接触部が複数設けられていてもよい。
また、本発明では、振動部材本体と接触部とが、別部材で構成されていてもよい。
また、本発明では、前述したジェットモールディング法以外の方法で、セラミックス層を設けてもよい。例えば、接触部の少なくとも移動体に当接する部分（表面）を、例えば、酸化、炭化、窒化、または硼化させることにより、セラミック層を形成してもよい。
また、本発明では、移動体は、前記回転体に限らず、この他、例えば、直線や曲線等の所定の経路に沿って移動するもの、揺動するもの等であってもよい。
また、本発明の装置は、本発明の圧電アクチュエータを備えていればよく、前記駆動装置には限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の装置を駆動装置に適用した場合の実施形態を示す平面図。
【図２】図１に示す圧電アクチュエータを示す斜視図。
【図３】図１に示す圧電アクチュエータの先端側の主要部分を示す側断面図。
【図４】図１中のＡ−Ａ線での断面図。
【図５】図１中のＢ−Ｂ線での断面図。
【図６】圧電アクチュエータにより回転するロータの回転回数と、接触部の摩耗量（高さの減少分）との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６２】
５…圧電アクチュエータ  ６…当接力調整手段  ７…固定体  １２…駆動装置  ５０…振動体  ５１…補強板  ５１４…補強板本体  ５１５…接触部  ５１６…先端面  ５１Ａ…腕部  ５２…圧電素子  ５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ…電極  ５５Ａ、５５Ｂ…溝  ５６…支持部材  ５７…ばね  ５８…偏心ピン  ５９…セラミックス層  ５９１…当接面  ７１…ボール  ７２…スライド溝  １００…回転体  １０１…凹部  １０２…溝  ５１３…孔  ５６１…固定部  ５６２…スライド部  ５６３…ねじ部  ５６４…ねじ  ５６５…長孔  ５７１…当接ピン  ７１１…押さえ板  ７１２…ボール保持部  ７２１…ねじ
【図１】
2005253277.tif 000003
【図２】
2005253277.tif 000004
【図３】
2005253277.tif 000005
【図４】
2005253277.tif 000006
【図５】
2005253277.tif 000007
【図６】
2005253277.tif 000008