(57)【要約】      （修正有）【課題】正進方法と逆進方法との振動特性が実質的に等価である振動子を歩留まり良く製造できる方法を提供する。【解決手段】振動子の製造方法であって、分極処理されていない圧電セラミックスに電極を設けて圧電素子を得る工程と、前記圧電素子と振動板を温度Ｔ１で接着する工程と、前記圧電素子と給電部材を温度Ｔ２で接着する工程と、前記圧電セラミックスに対し温度Ｔ３で分極処理を施す工程と、を順に実施する。Ｔ１、Ｔ２およびＴ３が、Ｔ１＞Ｔ３、かつ、Ｔ２＞Ｔ３の関係を満たす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子の製造方法であって、
分極処理されていない圧電セラミックスに、電極を設けて圧電素子を得る工程と、
前記圧電素子と振動板を温度Ｔ１で接着する工程と、
前記圧電素子と給電部材を温度Ｔ２で接着する工程と、
前記圧電セラミックスに対し、温度Ｔ３で分極処理を施す工程と、
を順に実施し、
前記Ｔ１、Ｔ２およびＴ３が、Ｔ１＞Ｔ３かつＴ２＞Ｔ３の関係を満たすことを特徴とする、振動子の製造方法。
【請求項２】
前記圧電素子と前記振動板の間の第一の接着部のガラス転移温度Ｔｇ１と、
前記圧電素子と前記給電部材の間の第二の接着部のガラス転移温度Ｔｇ２と、
前記Ｔ３が、Ｔｇ１＞Ｔ３かつＴｇ２＞Ｔ３の関係を満たす、請求項１に記載の振動子の製造方法。
【請求項３】
前記Ｔ１、Ｔ２およびＴ３がＴ１＞Ｔ２＞Ｔ３の関係を満たす、請求項１又は２に記載の振動子の製造方法。
【請求項４】
前記Ｔ１が２０℃以上、６００℃未満である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の振動子の製造方法。
【請求項５】
前記Ｔ３が２０℃以上である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動子の製造方法。
【請求項６】
前記圧電セラミックスの脱分極温度Ｔｄと前記Ｔ２がＴ２≧Ｔｄの関係を満たす、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の振動子の製造方法。
【請求項７】
前記Ｔｄが１２０℃以下である、請求項６に記載の振動子の製造方法。
【請求項８】
前記振動板の２０℃の線膨張係数αｓが９．０×１０−６／℃以上２０．０×１０−６／℃以下である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の振動子の製造方法。
【請求項９】
前記振動板が鋼を５０質量％以上、クロムを１０．５質量％以上含有する合金よりなる、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の振動子の製造方法。
【請求項１０】
前記圧電セラミックスの鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の振動子の製造方法。
【請求項１１】
前記αｓと前記圧電セラミックスの２０℃の線膨張係数αｐとが、０．５≦αｓ／αｐ≦１．５の関係を満たす、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の振動子の製造方法。
【請求項１２】
前記振動板の２０℃のヤング率Ｙｓと前記圧電セラミックスの２０℃のヤング率Ｙｐとが、０．５≦Ｙｓ／Ｙｐ≦２の関係を満たす、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の振動子の製造方法。
【請求項１３】
前記圧電セラミックスがチタン酸バリウム系材料よりなる、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の振動子の製造方法。
【請求項１４】
前記圧電セラミックスが直方体状であり、前記振動子が、節線が略直交する２つの面外振動モードの組み合わせによる合成振動を生じる機能を有する、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の振動子の製造方法。
【請求項１５】
前記圧電素子は、前記給電部材が接する部分に２つの電極を有し、該２つの電極に接する部分の圧電セラミックスの極性が同じである、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の振動子の製造方法。
【請求項１６】
振動子と被駆動体と電圧入力手段とを有する振動波駆動装置の製造方法であって、
請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の振動子の製造方法によって振動子を製造する工程と、
被駆動体を前記振動板に接するように設ける工程と、
を有することを特徴とする、振動波駆動装置の製造方法。
【請求項１７】
振動波駆動装置と光学部材とを有する光学機器の製造方法であって、
請求項１６に記載の振動波駆動装置の製造方法によって振動波駆動装置を製造する工程と、
前記振動波駆動装置と光学部材とを力学的に接続する工程と、
を有することを特徴とする、光学機器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子の製造方法ならびに該製造方法を用いた振動波駆動装置の製造方法および光学機器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波モータやインクジェットヘッドといった圧電デバイスには、振動板と圧電セラミックスを接着した圧電振動子が用いられている。圧電振動子の超音波モータへの適用例としては、特許文献１に２つの異なる振動モード（進行波）を組み合わせた合成振動によって、振動型駆動装置（超音波モータ）を駆動させることが開示されている。
【０００３】
他方、それらの圧電振動子を製造する際には、振動板と圧電セラミックスを確実に接着するために、接着剤の硬化を１００℃以上の温度で行うことが求められている。しかし、分極処理が施された圧電セラミックスは１００℃以上の温度に曝されると脱分極を生じるおそれがある。そこで、特許文献２には圧電セラミックスが脱分極を生じないように、各種熱処理後に圧電セラミックスに再度分極処理を施す製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９７９１０号公報
【特許文献２】特開平１０−１９３６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に開示されている製造方法で、特許文献１のような圧電振動子を製造しようとすると、接着剤を１００℃以上で硬化させたにも拘らず、接着温度よりも高い温度で分極処理を行うこととなる。そのため、分極処理中に熱に弱い部材や接着剤が軟化し、圧電セラミックスと振動板の間に位置ずれが生じる場合があった。位置ずれが生じた圧電振動子を超音波モータに用いると、正進方向と逆進方向との駆動特性（例えば、駆動周波数、駆動速度、消費電力）が等価でなくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述の問題に対処するためになされたものであり、正進方向と逆進方向との振動特性が実質的に等価である圧電振動子を歩留まり良く製造できる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】
本発明の一態様としての振動子の製造方法は、振動子の製造方法であって、分極処理されていない圧電セラミックスに、電極を設けて圧電素子を得る工程と、前記圧電素子と振動板を温度Ｔ１で接着する工程と、前記圧電素子と給電部材を温度Ｔ２で接着する工程と、前記圧電セラミックスに対し、温度Ｔ３で分極処理を施す工程とを順に実施し、前記Ｔ１、Ｔ２およびＴ３が、Ｔ１＞Ｔ３かつＴ２＞Ｔ３の関係を満たすことを特徴とする。
【０００８】
本発明の別の態様としての振動波駆動装置の製造方法は、振動子と被駆動体とを有する振動波駆動装置の製造方法であって、上記振動子の製造方法によって振動子を製造する工程と、前記被駆動体を前記振動板に接するように設ける工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明のさらに別の態様としての光学機器の製造方法は、振動波駆動装置と光学部材とを有する光学機器の製造方法であって、上記振動波駆動装置の製造方法によって振動波駆動装置を製造する工程と、前記振動波駆動装置と前記光学部材とを力学的に接続する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、正進方向と逆進方向との振動特性が実質的に等価である振動子を歩留まり良く提供できる。また、正進方向と逆進方向の駆動特性が実質的に等価である振動波駆動装置および光学機器を歩留まり良く提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の振動子の製造方法の製造フローを示したものである。
【図２】分極処理が施されていない圧電セラミックスに第一の電極と第二の電極を設けた圧電素子の一実施形態を示した概略図である。
【図３】圧電素子に振動板を設けた一実施形態を示した概略図である。
【図４】圧電素子の第二の電極に給電部材を設けた圧電振動子の一実施形態を示した概略図である。
【図５】２つの面外振動モードの一実施形態を示した概略図である。
【図６】圧電素子の電極パターンの一実施形態を示した概略図である。
【図７】本発明の製造方法によって製造される振動波駆動装置の一実施形態を示した概略図である。
【図８】本発明の製造方法によって製造される振動波駆動装置の一実施形態を示した概略図である。
【図９】本発明の製造方法によって得られた振動子の正進方向の消費電力の周波数依存性を示した概略図である。
【図１０】本発明の製造方法によって製造される光学機器の一実施形態を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の振動子の製造方法は、分極処理されていない圧電セラミックスに、電極を設けて圧電素子を得る工程と、前記圧電素子と振動板を温度Ｔ１（単位℃）で接着する工程と、前記圧電素子と給電部材を温度Ｔ２（単位℃）で接着する工程と、前記圧電セラミックスに対し温度Ｔ３（単位℃）で分極処理を施す工程とを順に実施し、前記Ｔ１、Ｔ２およびＴ３が、Ｔ１＞Ｔ３かつＴ２＞Ｔ３の関係を満たすことを特徴とする。
【００１３】
その具体的な一例としては下記の製造方法がある。
分極処理が施された圧電セラミックスと該圧電セラミックスに接して設けられた第一の電極と第二の電極を有する圧電素子と、前記第一の電極に接する第一の接着部を介して設けられた振動板と、前記第二の電極に接する第二の接着部を介して設けられた給電部材とを有する振動子の製造方法であって、分極処理が施されていない圧電セラミックスに、前記第一の電極と前記第二の電極を設けて圧電素子を得る工程と、前記第一の電極と前記振動板との間に、温度Ｔ１（単位℃）で前記第一の接着部を形成する工程と、前記第二の電極と前記給電部材との間に温度Ｔ２（単位℃）で前記第二の接着部を形成する工程と、前記圧電セラミックスに対し、温度Ｔ３（単位℃）で分極処理を施す工程とを順に実施し、前記Ｔ１、Ｔ２およびＴ３が、Ｔ１＞Ｔ３かつＴ２＞Ｔ３の関係を満たすことを特徴とする。
【００１４】
この製造方法により正進方向と逆進方向との振動特性が実質的に等価である振動子を歩留まり良く製造することができる。
【００１５】
図１は本発明の振動子の製造方法の製造フローを示したものである。また、図２は分極処理されていない圧電セラミックスに電極を設けた圧電素子の一実施形態を示した概略図であり、分極処理されていない圧電セラミックス１に、第一の電極２と第二の電極３を設けた圧電素子１０１が示されている。
【００１６】
（圧電セラミックス）
圧電セラミックス１は、金属元素を有する原料粉末を焼成して得られる、組成が均一のバルク（焼結体）であって、分極処理を施すことにより、２０℃において、圧電定数ｄ３１の絶対値が１０ｐｍ／Ｖ以上または圧電定数ｄ３３が３０ｐＣ／Ｎ以上を示すセラミックスである。圧電特性を潜在的に有しているという意味において、分極処理されていないセラミックスも圧電セラミックスと以下呼称する。
【００１７】
ここで、分極処理されていない圧電セラミックスとは、２０℃において、圧電定数ｄ３１の絶対値が１０ｐｍ／Ｖ未満かつ圧電定数ｄ３３が３０ｐＣ／Ｎ未満である圧電セラミックスを指す。後述するように、圧電振動子の特性バラつきを少なくするという観点において、分極処理されていない圧電セラミックスのより好ましい圧電定数の範囲は、圧電定数ｄ３１の絶対値が４ｐｍ／Ｖ未満かつ圧電定数ｄ３３が１０ｐＣ／Ｎ未満である。
【００１８】
セラミックスは、一般的に微細な結晶の集まり（多結晶とも言う）で、１つ１つの結晶は正の電荷を持つ原子と負の電荷を持つ原子から構成されている。セラミックスの多くはこの正の電荷と負の電荷のつりあいが取れた状態になっている。しかし、誘電体セラミックスのなかには、強誘電体といって、自然状態でも、結晶中の正負の電荷のつりあいが取れておらず、電荷の偏り（自発分極）を生じているものがある。分極処理が施されていない強誘電体セラミックスは、この自発分極の向きがランダムで、セラミックス全体としては、見かけ上、電荷の偏りがないように見える。しかし、分極処理が施されていない強誘電体セラミックスに高い電圧を加えると、自発分極の向きが一様の方向に揃い、電圧を取り除いても元に戻らなくなる。このように自発分極の向きを揃えることを分極処理という。
【００１９】
ここで、圧電セラミックスに対し分極処理がされているか否かは、圧電セラミックスに電極を設けて、圧電セラミックスの圧電定数を測定することにより判断できる。圧電セラミックスの圧電定数は、この圧電セラミックスの密度ならびに共振周波数および反共振周波数から、電子情報技術産業規格（ＪＥＩＴＡ  ＥＭ−４５０１）に基づいて、計算により求めることが出来る。以下、この方法を共振−反共振法と呼ぶ。
【００２０】
密度は、例えば、アルキメデス法により測定できる。共振周波数と反共振周波数はインピーダンスアナライザを用いて測定できる。また、共振−反共振法以外にも、ベルリンコート法を測定原理に用いた圧電定数測定装置により測定することも可能である。
【００２１】
圧電セラミックスは分極処理されていないと、本発明の方法で圧電振動子を得た際に、圧電振動子の振動特性のバラツキが少なくなる。ここで、振動特性とは振動子の変位振幅や共振周波数のことを指す。一方、分極処理された圧電セラミックスを用いると、後述する各種加熱工程中に圧電セラミックスの圧電定数が変動する。また、その変動量を制御することは困難であるため、後述する分極処理を施す工程の前の段階で圧電セラミックスの圧電定数は大きなバラツキを有することになる。それゆえ、分極処理が施された後の圧電振動子の振動特性も大きなバラツキを有するようになる。
【００２２】
（電極）
第一の電極２と第二の電極３は厚み５ｎｍから１０μｍ程度の導電性の材料よりなる。その材料は特に限定されず、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属およびこれらの化合物を用いることができる。低コストかつ十分な導電性を有するという観点においては、銀ペーストが好ましい。また、分極処理されていない圧電セラミックスに、電極を設ける工程は特に限定されないが、銀ペーストによる第一の電極２および第二の電極３は、圧電セラミックス上に所望のパターンで前記銀ペーストを塗布し、乾燥または焼き付けることで形成できる。ここで、第一の電極は例えばグラウンド電極として、第二の電極は例えば駆動相電極として使用できる。
【００２３】
次に、図３に示すように、第一の電極２と振動板６を温度Ｔ１（単位℃）で接着する。以下、当該接着部分は第一の接着部４と呼称する。
【００２４】
図３は圧電素子に振動板を設けた一実施形態を示した概略図であり、圧電素子１０１と振動板６は第一の接着部４を介して設けられる。振動板６と圧電素子１０１とを一体化して、面外方向に曲げ振動の進行波（以下、面外振動と呼ぶ）を形成させるためである。ここで、圧電素子１０１の第一の電極２は第一の接着部４と接している。第一の接着部４は接着剤を硬化させることによって得られ、接着剤としてはエポキシ系樹脂が好適に用いられる。
【００２５】
温度Ｔ１は、接着剤が短時間で硬化し、かつ、第一の接着部４が十分な接着強度を有する温度にする。具体的には、２０℃以上であり、８０℃以上が好ましく、より好ましくは１２０℃以上である。ただし、６００℃以上では振動板６が変質してしまうおそれがあるため、６００℃未満が好ましい。なお、温度Ｔ１は環境温度ではなく、圧電素子１０１の温度を意味しており、熱電対や放射温度計を用いて測定することが出来る。後述するＴ２およびＴ３もＴ１同様に圧電素子１０１の温度を指す。
【００２６】
圧電素子１０１と振動板６は、それぞれの接着面の中心が互いに一致するように設けることが好ましい。そうすることにより、正進方向と逆進方向の振動特性は等価となり、圧電振動子の歩留まりがより高くなる。
【００２７】
次に、図４に示すように、第二の電極３と給電部材７を温度Ｔ２（単位℃）で接着する。以下、当該接着部分は第二の接着部５と呼称する。
【００２８】
図４は圧電素子の第二の電極３上に給電部材７を設けた圧電振動子１０１１の一実施形態を示した概略図である。図４（ａ）に示すように第二の電極３と給電部材７は、第二の接着部５を介して設けられる。図４（ｂ）は圧電振動子１０１１を給電部材７側からみた概略図であり、第二の電極３は２つの駆動相電極３１よりなる。図４（ｃ）は圧電振動子１０１１を第一の電極２側から見た概略図である。ここで第一の電極面側のグラウンド電極２１は第一の電極面から回り込み電極を通じて第二の電極面側のグラウンド電極２１と導通している。このような構成にすることによって、グラウンド電極２１と２つの駆動相電極３１間の導通を１つの給電部材で行うことが可能となる。
【００２９】
圧電素子１０１は給電部材７中の電気配線７ａを通じて、不図示の電圧入力手段（例えば、電源）との導通を行う。給電部材７は寸法精度が高く、かつ、位置決めが容易であるという観点より、フレキシブルプリント基板を用いることが好ましい。その材質としてはポリイミドが好ましい。第二の接着部５が形成されることにより、駆動相電極３１およびグラウンド電極２１と給電部材７は導通する。第二の接着部５の材質としては、異方性導電ペースト（ＡＣＰ）もしくは異方性導電フィルム（ＡＣＦ）が好ましい。
【００３０】
温度Ｔ２は、圧電セラミックス１の脱分極温度Ｔｄ（単位℃）とＴ２≧Ｔｄの関係を満たすことが好ましい。この関係を満たすことにより、圧電セラミックスの圧電定数を限りなく０に近づけることが出来る。ここで、脱分極温度Ｔｄとは、圧電セラミックス１に分極処理を施して充分時間が経過した後に、室温（例えば２０〜３０℃）からある温度まで上げ、再度室温まで下げたときに、圧電定数が温度を上げる前の圧電定数に比べて減少する温度を指す。本発明においては、温度を上げる前の圧電定数の９０％未満となる温度を脱分極温度Ｔｄと呼ぶ。
【００３１】
温度Ｔ２は、接着剤が短時間で硬化し、かつ、第二の接着部５が十分な接着強度を有する温度とする。具体的には、２０℃以上であり、１００℃以上が好ましく、より好ましくは１４０℃以上である。１４０℃以上であれば１０秒から３０秒程度で、第二の接着部５は十分な接着強度を得られる。また、第二の接着部５を熱圧着して形成する際の圧力は、１ＭＰａ／ｃｍ２以上であることが好ましい。１ＭＰａ／ｃｍ２未満であると、いわゆる浮きが発生するおそれがある。
【００３２】
給電部材７は、２つの駆動相電極３１の領域に均等な面積で接着されることが好ましい。仮に極端な面積差が生じると、圧電振動子１０１１が振動する際に、給電部材７が振動を阻害する領域に差が生じ、結果、正進方向と逆進方向の振動特性が等価でなくなるおそれがある。
【００３３】
そして、圧電セラミックス１に対し、温度Ｔ３（単位℃）で分極処理を施して圧電振動子１０１１を得る。
【００３４】
分極処理は圧電セラミックス１の圧電定数が十分となるように行う。このとき分極処理を施す温度Ｔ３は、Ｔ１＞Ｔ３かつＴ２＞Ｔ３の関係を満たすようにする。ここで温度Ｔ３とは圧電セラミックス１に分極処理を施す際の最高温度のことである。分極処理を具体的に説明すると、まず室温（例えば、２０℃）で分極装置に圧電セラミックス１を配置する。次に温度を温度Ｔ３まで上昇させてから圧電セラミックス１に電圧を印加する。そして、電圧を印加させたまま室温（例えば、２０℃）まで温度を降下させる。そこで、印加電圧を０にして分極処理は完了する。
【００３５】
温度Ｔ３が温度Ｔ１より高いと圧電素子１０１と振動板６の間に設けられた第一の接着部４が軟化し、圧電素子１０１の接着面の中心と振動板６の接着面の中心とがずれ、正進方向と逆進方向の振動特性は等価でなくなる。一方、温度Ｔ３が温度Ｔ２より高いと第二の接着部５が軟化し、給電部材７の中心線と圧電素子１０１の長辺方向の中心線とがずれることがあるため、製造の歩留まりが低下する。そうすると、給電部材７が２つの駆動相電極３１の領域に均等な面積で接着されず、圧電振動子１０１１が振動する際に、給電部材７が振動を阻害する領域に差が生じ、結果、正進方向と逆進方向の振動特性が等価でなくなるおそれがある。したがって、温度Ｔ１、温度Ｔ２および温度Ｔ３の関係はＴ１＞Ｔ２＞Ｔ３であることが好ましい。そうすることにより、より確実に等価な振動特性を得られるようになる。
【００３６】
また、温度Ｔ３と前記圧電素子と前記振動板の間の第一の接着部４のガラス転移温度Ｔｇ１と前記圧電素子と前記給電部材の間の第二の接着部５のガラス転移温度Ｔｇ２とが、Ｔｇ１＞Ｔ３およびＴｇ２＞Ｔ３の関係を満たすことが好ましい。温度Ｔ３がＴｇ１およびＴｇ２以上であると、第一の接着部４および第二の接着部５は一度軟化する。そして分極処理を終了させる際に温度が温度Ｔｇ１および温度Ｔｇ２より低くなると第一の接着部４および第二の接着部５は再硬化する。その際に、圧電素子１０１の接着面の中心と振動板６の接着面の中心とがずれるおそれがある。そうすると、正進方向と逆進方向の振動特性が等価でなくなるおそれがあるので好ましくない。
【００３７】
分極処理を施す際に、圧電セラミックス１に電圧を印加するための手段は特に限定されない。圧電素子１０１の第一の電極２および第二の電極３を通じて行っても良いし、給電部材７を通じて行っても構わない。分極処理を施す際の圧電セラミックス１に印加する電界強度は特に限定されないが、短時間で行うという観点において、０．５ｋＶ／ｍｍから２ｋＶ／ｍｍが好ましい。また、温度Ｔ３は２０℃以上であることが好ましい。温度Ｔ３が２０℃より低いと、圧電セラミックス１が十分な圧電定数を有する状態に至るまでの時間が長くなる場合がある。短時間で分極処理を終了させるという観点では、１００℃以上が好ましく、１２０℃以上がより好ましい。
【００３８】
（振動板の組成、物性）
振動板６は弾性体よりなる。その材質は性質及び加工性の観点から金属よりなることが好ましい。振動板６に使用可能な金属としては、アルミ、真鍮、ステンレス鋼、Ｆｅ−Ｎｉ３６％合金を例示できる。中でも、第一の接着部４を介した圧電素子１０１との密着強度を確保するという観点においては、ステンレス鋼が好ましい。ここでステンレス鋼とは鋼を５０質量％以上、クロムを１０．５質量％以上含有する合金を指す。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。
【００３９】
また、振動板６の２０℃の線膨張係数αｓは９．０×１０−６／℃以上２０．０×１０−６／℃以下であることが好ましい。線膨張係数αｓの値がこの範囲であれば、圧電素子１０１の第一の電極２と振動板６との間に温度Ｔ１で第一の接着部４を形成する際に、圧電セラミックス１との線膨張差起因による剥がれが生じにくくなる。線膨張係数は、例えば、温度を変化させて、歪ゲージを用いて歪を測定し、計算により求めることができる。
【００４０】
（圧電セラミックスの組成、物性）
圧電セラミックス１は、鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満、すなわち非鉛系であることが好ましい。従来の圧電セラミックスは、そのほとんどがジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする。そのため、例えば圧電素子が廃却され酸性雨を浴びたり、過酷な環境に放置されたりした際に、圧電セラミックス中の鉛成分が土壌に溶け出し、生態系に害を及ぼす可能性が指摘されている。しかし、鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満であれば、圧電素子が廃却され酸性雨を浴びたり、過酷な環境に放置されたりしても、圧電セラミックスに含まれる鉛成分が環境に及ぼす影響は無視できるレベルとなる。圧電セラミックスに含まれる鉛の含有量は、例えば蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）、ＩＣＰ発光分光分析により定量された圧電セラミックスの総重量に対する鉛の含有量によって評価することができる。
【００４１】
圧電セラミックス１の２０℃の線膨張係数αｐと振動板６の２０℃の線膨張係数αｓとが、０．５≦αｓ／αｐ≦１．５の関係を満たすことが好ましい。すなわち、振動板６の線膨張係数αｓは、圧電セラミックス１の線膨張係数αｐの０．５倍以上１．５倍以下であることが好ましい。αｐとαｓの関係がこれを満たさないと、振動板６と圧電セラミックス１の線膨張差が大きくなってしまい、本発明の製造方法における各種加熱工程から室温（例えば、２０℃〜３０℃）に戻した際に、圧電素子１０１と振動板６との間に、剥がれや位置ずれが生じる可能性が高くなるためである。
【００４２】
また、振動板６の２０℃のヤング率Ｙｓと圧電セラミックス１の２０℃のヤング率Ｙｐとが、０．５≦Ｙｓ／Ｙｐ≦２の関係を満たすことが好ましい。すなわち、振動板６のヤング率Ｙｓは圧電セラミックス１のヤング率Ｙｐの０．５倍以上２倍以下であることが好ましい。ＹｓとＹｐの関係がこれを満たさないと、振動板６と圧電セラミックス１のヤング率差が大きくなり過ぎるため、温度Ｔ３で分極処理した際に、圧電素子１０１と振動板６との間に剥がれや位置ずれが生じる可能性が高くなるためである。前記Ｙｓは、例えば、引張試験や圧縮試験より、応力−ひずみ線図の傾きを求めて算出できる。前記Ｙｐは、例えば、インピーダンスアナライザを用いて共振−反共振法によって測定できる。
【００４３】
圧電セラミックス１の組成は特に限定されないが、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（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸バリウムカルシウム（（Ｂａ、Ｃａ）ＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸バリウム（Ｂａ（Ｔｉ、Ｚｒ）Ｏ３）、チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム（（Ｂａ、Ｃａ）（Ｔｉ、Ｚｒ）Ｏ３）、ニオブ酸ナトリウム−チタン酸バリウム（ＮａＮｂＯ３−ＢａＴｉＯ３）、チタン酸ビスマスナトリウム−チタン酸バリウム（（Ｂｉ、Ｎａ）ＴｉＯ３−ＢａＴｉＯ３）、チタン酸ビスマスカリウム−チタン酸バリウム（（Ｂｉ、Ｋ）ＴｉＯ３−ＢａＴｉＯ３）などの組成や、これらの組成を主成分とした材料のことを指す。中でも、圧電セラミックス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、チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム（（Ｂａ、Ｃａ）（Ｔｉ、Ｚｒ）Ｏ３）、ニオブ酸ナトリウム−チタン酸バリウム（ＮａＮｂＯ３−ＢａＴｉＯ３）を主成分とすることが好ましい。主成分以外の元素としては、マンガンやビスマスを含むことが好ましい。
【００４４】
圧電セラミックスの脱分極温度Ｔｄは１２０℃以下であることが好ましい。前記Ｔｄが１２０℃以下であると、前記第二の接着部５を形成する工程までに圧電セラミックスの圧電定数を限りなく０に近づけることが出来るためである。
【００４５】
（圧電振動子の機能）
本発明で製造される圧電振動子１０１１は、圧電セラミックス１が直方体状であり、圧電振動子１０１１が、節線が略直交する２つの面外振動モードの組み合わせによる合成振動を生じる機能を有することが好ましい。ここで直方体状とは、直方体だけでなく、直方体の各辺が面取りされているような形状も含む。
【００４６】
次に、２つの面外振動モードを説明する。図５は、２つの面外振動モードの一実施形態を示した概略図であり、振動板６は突起部６１を有している。突起部６１を有すると、圧電振動子１０１１が発生する振動を接触体（例えば、後述する被駆動体）に効率よく伝達することができる。図５（ａ）に示した振動モードは、２つの面外振動モードのうち一方の面外振動モード（以下、Ａモードと呼ぶ）を表している。このＡモードは、直方体状（矩形）の圧電振動子１０１１の長辺方向（矢印Ｘ方向）における２次の面外振動であり、短辺方向（矢印Ｙ方向）と平行な３本の節線を有している。
【００４７】
突起部６１はＡモードの振動で節となる位置の近傍に配置されており、Ａモードの振動により矢印Ｘ方向で往復運動を行う。このように突起部６１を配置することにより、突起部６１を矢印Ｘ方向で最も大きく変位させることができる。
【００４８】
また、図５（ｂ）に示した振動モードは、２つの面外振動モードのうち他方の面外振動モード（以下、Ｂモードと呼ぶ）を表している。このＢモードは、直方体状（矩形）の圧電振動子１０１１の短辺方向（矢印Ｙ方向）における１次の面外振動であり、長辺方向（矢印Ｘ方向）と平行な２本の節線を有している。
【００４９】
また、突起部６１はＢモードの振動で腹となる位置の近傍に配置されており、Ｂモードの振動により矢印Ｚ方向で往復運動を行う。このように突起部６１を配置することにより、突起部６１を矢印Ｚ方向で最も大きく変位させることができる。
【００５０】
ここで、Ａモードにおける節線と、Ｂモードにおける節線とは、ＸＹ平面内において略直交する。
【００５１】
このように、Ａモードの節線とＢモードの節線とを略直交させることにより、Ａモードの節の位置とＢモードの腹の位置とを一致させることができる。その結果、前記２つの面外振動モードの組み合わせにより生じる合成振動は、突起部６１を配置することにより、突起部６１で振動変位を最も大きくすることができる。
【００５２】
本発明で製造される圧電振動子は、圧電素子が、給電部材が接する部分に２つの電極を有し、この２つの電極に接する部分の圧電セラミックスの極性が同じであることが好ましい。ここで２つの電極とは駆動相電極を指す。
【００５３】
図６は圧電素子の電極パターンの一実施形態を示した概略図である。図６に示したように、圧電素子１０１には、この長辺方向（Ｘ方向）で２等分された駆動相電極３１が形成されている。また、各駆動相電極３１における分極方向は、同一方向（「＋」）となっている。
【００５４】
圧電素子１０１全域にわたり、分極方向が同一方向に揃うことで、分極方向が異なる圧電素子に比べて、分極装置を簡便な機構にできるとういう観点で分極処理を容易に行うことができる。さらに、駆動相電極３１の境界付近における圧電素子１０１の剛性が均一となり、圧電振動子の正進方向と逆進方向の振動特性が等価でなくなる確率を低減できる。
【００５５】
（振動波駆動装置の製造方法）
本発明の振動波駆動装置の製造方法は、圧電振動子と被駆動体と電圧入力手段とを有する振動波駆動装置の製造方法であって、前述した圧電振動子の製造方法によって圧電振動子を製造する工程と、前記被駆動体を前記振動板に接するように設ける工程とを有する。
【００５６】
図７および図８は本発明の製造方法によって製造される振動波駆動装置の一実施形態を示した概略図である。
【００５７】
図７のように被駆動体（スライダ）８は突起部６１を介して振動板６上に設けられる。２つの突起部６１は、振動板６の中心を通るＸＺ平面又はＹＺ平面に対して対称に配置させることが好ましい。圧電振動子１０１１が突起部６１において被駆動体（スライダ）８から受ける反力に偏りがなくなるためである。ここで突起部６１の先端は被駆動体（スライダ）８が加圧接触されていることが好ましい。そうすることにより、被駆動体（スライダ）８は突起部６１の楕円運動によって矢印方向に移動することができる。
【００５８】
図８に示すように、電圧入力手段９は、圧電振動子１０１１に電圧を印加するために設けられる。圧電素子１０１の２つの駆動相電極３１のうち右側に位置する駆動相電極３１に交番電圧（Ｖ１）を、左側に位置する駆動相電極３１には交番電圧（Ｖ２）をそれぞれ印加する。ここで、Ｖ１とＶ２の振幅の絶対値は同じである。
【００５９】
Ｖ１およびＶ２を、Ａモードの共振周波数付近の周波数で、かつ位相を１８０°ずらして印加すると、右側の駆動相電極３１の圧電素子１０１が縮むとともに、左側の駆動相電極３１の圧電素子１０１が伸びたり、左側の駆動相電極３１の圧電素子１０１が縮むとともに、右側の駆動相電極３１の圧電素子１０１が伸びたりする。この結果、圧電振動子１０１１にはＡモードの振動が発生する。また、Ｖ１およびＶ２を、Ｂモードの共振周波数付近の周波数で、かつ位相を同一（０°）にして印加すると、圧電素子１０１全体（駆動相電極３１）がある瞬間には伸びたり縮んだりする。この結果、圧電振動子１０１１にはＢモードの振動が発生する。
【００６０】
このとき、Ｖ１とＶ２の位相差を０°と１８０°の間の位相差θ（０°＜θ＜１８０°）とすると、（Ｖ１＋Ｖ２）と（Ｖ１−Ｖ２）の合成ベクトルは直交する。これは、ＡモードとＢモードの振動が同時に発生し、かつ振動の位相差が９０°ずれていることを意味している。この結果、振動板６上の突起部６１に楕円運動を発生させることができ、突起部６１に接触させた被駆動体（スライダ）８を駆動することが可能となる。
【００６１】
すなわち、Ｖ１およびＶ２の電圧振幅を同じとし、Ｖ１およびＶ２の位相差θを０°＜θ＜１８０°とすれば、ＡモードとＢモードを同時に発生させることができ、振動の位相差は必ず９０°又は−９０°のいずれかになる。また、Ｖ１とＶ２の位相差θを変更することにより、ＡモードとＢモードの振幅を変更することができることとなる。
【００６２】
（振動波駆動装置の駆動特性の測定方法）
次に、振動波駆動装置の駆動特性の測定方法について説明する。
まず、圧電振動子１０１１に交番電圧Ｖ１と交番電圧Ｖ２を印加する。ここで周波数は同一、Ｖ１とＶ２の位相差は９０°である。このとき、振動板６の突起部６１に楕円振動が発生する。そして、固定された被駆動体８（スライダ）に対し、圧電振動子１０１１は一方向（正進方向）に直線運動を起こす。このときの駆動速度、駆動周波数、消費電力を振動波駆動装置の駆動特性と呼ぶ。
【００６３】
一方、圧電振動子１０１１に交番電圧Ｖ１と交番電圧Ｖ２を、Ｖ１とＶ２の位相差を−９０°にして印加する。すると、位相差を９０°にしたときとは、逆方向（逆進方向）に直線運動を起こす。振動波駆動装置は、これら正進方向と逆進方向の駆動特性が等価であることが望ましい。
【００６４】
本発明においては、以下の２つを満たせば、振動波駆動装置の駆動特性は等価であると定義する。
（１）正進方向の最高速度に対する逆進方向の最高速度の割合が８０％以上１２０％以下の範囲にあること
（２）正進方向の最高速度到達時の周波数と逆進方向の最高速度到達時の周波数との差が±１ｋＨｚ以内の範囲にあること
また、この測定方法と同一の原理で、圧電振動子の振動特性も評価することができる。
【００６５】
まず、圧電振動子１０１１に交番電圧Ｖ１と交番電圧Ｖ２を、Ｖ１とＶ２の位相差を−９０°にして、周波数を掃引する。すると周波数に応じて、図９に示すような周波数に応じた電力のグラフが描ける。図９は本発明の製造方法によって得られた圧電振動子の正進方向の消費電力の周波数依存性を示した代表図であり、Ｖ１とＶ２の振幅は１０Ｖｐｐとしたときのものである。このとき現れる２つのピークは、それぞれＡモードとＢモードに対応したピークである。
【００６６】
次に、圧電振動子１０１１に交番電圧Ｖ１と交番電圧Ｖ２を、Ｖ１とＶ２の位相差を９０°にして、周波数を掃引する。すると、位相差−９０°のときと同様に、逆進方向における消費電力の周波数依存性のグラフが得られる。この正進方向と逆進方向の消費電力を、Ａモードの最大消費電力およびその時の周波数（Ａモードの共振周波数）とＢモードの最大消費電力およびその時の周波数（Ｂモードの共振周波数）という観点で比較することにより、圧電振動子１０１１が示す振動特性が正進方向と逆進方向とで等価であるかどうかを判断できる。
【００６７】
本発明においては以下の４つを満たせば、圧電振動子１０１１の振動特性は等価であると定義する。
（１）Ａモードの正進方向の最大消費電力に対するＡモードの逆進方向の最大消費電力に対する割合が６０％以上１４０％以下の範囲にあること
（２）Ｂモードの正進方向の最大消費電力に対するＢモードの逆進方向の最大消費電力に対する割合が６０％以上１４０％以下の範囲にあること
（３）Ａモードの正進方向の共振周波数とＡモードの逆進方向の共振周波数との差が±５０Ｈｚ以内の範囲にあること
（４）Ｂモードの正進方向の共振周波数とＢモードの逆進方向の共振周波数との差が±５０Ｈｚ以内の範囲にあること
【００６８】
（光学機器の製造方法）
本発明の光学機器の製造方法は、振動波駆動装置と光学部材とを有する光学機器の製造方法であって、前述した振動波駆動装置の製造方法によって振動波駆動装置を製造する工程と、前記振動波駆動装置と前記光学部材とを力学的に接続する工程とを有する。
【００６９】
本発明において「力学的な接続」とは、一方の部材の座標変動、体積変化、形状変化によって生じた力が他方の部材に伝わるように直接的に接触している状態、または、第三の部材を介して接触している状態を指す。前述の製造方法によって製造された振動波駆動装置と光学部材とを力学的に接続することにより、正進方向と逆進方向に同等のフォーカス精度を有する光学機器を提供できる。
【００７０】
図１０は、本発明の製造方法によって製造される光学機器（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１０において、被駆動体（スライダ）８は、圧電振動子１０１１と加圧接触している。また、給電部材７は、圧電振動子１０１１の第二の電極と第二の接着部を介して導通して熱圧着されている。不図示の電圧入力手段により、給電部材７を介して所望の電圧が圧電振動子１０１１に加えられると、振動板６の突起部（不図示）には楕円運動が発生する。
【００７１】
保持部材１１は、圧電振動子１０１１と溶接などにより固定されており、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１２は、ビス１３で保持部材１１に固定され、圧電振動子１０１１と一体をなしている。これらの部材により超音波モータ（振動波駆動装置）が形成される。２本のガイド部材１４に移動筐体１２を取り付けることで、超音波モータは、ガイド部材１４上を両方向（正進方向と逆進方向）に直進移動可能となる。
【００７２】
次に、鏡筒装置のフォーカスレンズの役割を担うレンズ１６（光学部材）について説明する。レンズ１６は、レンズ保持部材１５に固定され、超音波モ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１５は、超音波モータと同様に、後述する２本のガイド部材１４上を直進移動することで、焦点位置合わせを行う。２本のガイド部材１４は移動筐体１２とレンズ保持部材１５とを嵌合して、移動筐体１２とレンズ保持部材１５を直進移動可能にする部材である。このような構成で、移動筐体１２とレンズ保持部材１５はガイド部材１４上を直進移動可能となる。
【００７３】
また、連結部材１７は、超音波モータで発生した駆動力をレンズ保持部材１５へ伝達する部材であり、レンズ保持部材１５に嵌合して取り付けられる。これにより、レンズ保持部材１５は、移動筐体１２と共に滑らかに２本のガイド部材１４に沿って両方向に移動可能となる。
【００７４】
また、センサ１８は、レンズ保持部材１５の側面部に貼り付けられたスケール１９の位置情報を読み取ることで、ガイド部材１４上でのレンズ保持部材１５の位置を検出するために設ける。
【００７５】
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。
【００７６】
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、振動波駆動装置を備えた多様な光学機器に適用することができる。
【実施例】
【００７７】
次に実施例を挙げて、本発明の圧電振動子の製造方法、振動波駆動装置の製造方法および光学機器の製造方法を説明するが、本発明は、以下の実施例により限定されるものではない。なお、実施例は、図面に基づいて、図面中の符号を用いて説明する。
【００７８】
（圧電振動子の製造方法）
（実施例１）
まず、金属酸化物粉末を焼成して分極処理が施されていない圧電セラミックス１を得た。
【００７９】
圧電セラミックス１の組成を蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）で測定したところ、１００重量部の（Ｂａ０．８５Ｃａ０．１５）（Ｔｉ０．９３Ｚｒ０．０７）Ｏ３に対してＭｎが金属換算で０．１６重量部含まれており、鉛の含有量は１０００ｐｐｍ未満であった。すなわちチタン酸バリウム系の圧電セラミックスであった。
【００８０】
続いて、圧電セラミックス１の各種パラメータを測定するために、圧電セラミックス１の両面にＡｕ電極をスパッタ成膜し、１０×２．５×０．５ｍｍ３形状の試験片圧電素子を作製し、温度１００℃、電界１ｋＶ/ｍｍ、時間３０分の条件で分極した。この試験片圧電素子を評価したところ、脱分極温度Ｔｄは１０４℃、２０℃における線膨張係数αｐは８．１×１０−６／℃、ヤング率Ｙｐは１２６ＧＰａ、圧電定数ｄ３１は−９０ｐｍ／Ｖであった。
【００８１】
次に、圧電セラミックス１を厚み０．３４ｍｍで略均一に研削、及び研磨加工した後に、８．７×５．７ｍｍ２のサイズに切断した。圧電セラミックス１の両面に、銀ペーストを用いて図４（ｂ）に示すような駆動相電極３１およびグラウンド電極２１をスクリーン印刷によって形成し、圧電素子１０１を得た。
【００８２】
次に、図４のように圧電素子１０１のグラウンド電極２１と振動板６との間に温度Ｔ１＝１６０℃で第一の接着部４を形成した。振動板６としては、ＪＩＳ規格の磁性ステンレス鋼ＳＵＳ４２０Ｊ２を使用した。寸法は９．０×５．８×０．３ｍｍ３である。また、ＳＵＳ４２０Ｊ２は、マルテンサイト系のステンレス鋼であり、組成は鋼を７０質量％以上、クロムを１２から１４質量％含有している。その２０℃における線膨張係数αｓは１０．０×１０−６／℃、ヤング率Ｙｓは２０４ＧＰａである。
【００８３】
第一の接着部４を、振動板６にエポキシ系の接着剤（ガラス転移温度Ｔｇ１＝１２０℃）をディスペンサによって塗布し、圧電素子１０１のグラウンド電極面と振動板６とを加圧接触させながら恒温槽に入れて、１６０℃で１０分保持することにより形成した。このとき、圧電素子１０１と振動板６は、位置決め治具を用いてそれぞれの接着面の中心が一致するように配置した。
【００８４】
続いて、圧電素子１０１の振動板６がついていない第二の電極３を有する面において、駆動相電極３１とグラウンド電極２１と給電部材７との間に第二の接着部５を温度Ｔ２＝１４０℃で熱圧着して形成した。具体的には、圧電素子１０１にフレキシブルケーブルよりなる給電部材７を、主成分の高分子材料のガラス転移温度Ｔｇ２が１２０℃である異方性導電性フィルム（ＡＣＦ）で接続した。熱圧着の条件は、時間を１０秒間、圧力を２ＭＰａとした。
【００８５】
そして、圧電セラミックス１に対し温度Ｔ３＝１００℃で分極処理を施した。具体的には、圧電素子１０１の２つの駆動相電極３１それぞれに分極用のコンタクトピンを接触させ、振動板６をグラウンドとして電圧を印加した。このとき圧電セラミックス１に印加される電界強度は１．０ｋＶ／ｍｍ、時間は３０分間とした。
【００８６】
以上の工程により、圧電振動子１０１１を１０個得た（以下、圧電振動子Ａとする）。得られた圧電振動子Ａは、振動板６の２０℃の線膨張係数αｓと圧電セラミックス１の２０℃の線膨張係数αｐとの比は、αｓ／αｐ＝１．２３であった。また、振動板６の２０℃のヤング率Ｙｓと圧電セラミックス１の２０℃のヤング率Ｙｐとの比は、Ｙｓ／Ｙｐ＝１．６２であった。
【００８７】
（実施例２）
圧電素子１０１のグラウンド電極２１と振動板６との間に温度Ｔ１＝１４０℃で第一の接着部４を形成した点以外は、実施例１と同様の工程で圧電振動子Ｂを１０個得た。
【００８８】
（実施例３）
圧電素子１０１のグラウンド電極２１と振動板６との間に温度Ｔ１＝１２０℃で第一の接着部４を形成した点以外は、実施例１と同様の工程で圧電振動子Ｃを１０個得た。
【００８９】
（実施例４）
圧電セラミックス１に対し温度Ｔ３＝１３５℃で分極処理を施した点以外は、実施例２と同様の工程で圧電振動子Ｄを１０個得た。
【００９０】
（実施例５）
第一の接着部４にガラス転移温度Ｔｇ１＝１１０℃のエポキシ系の接着材を用いた点以外は、実施例１と同様の工程で圧電振動子Ｅを１０個得た。
【００９１】
（実施例６）
分極処理が施されていない圧電セラミックス１として、金属酸化物粉末を焼成して１００重量部の（Ｂａ０．８６Ｃａ０．１４）（Ｔｉ０．９３Ｚｒ０．０６）Ｏ３に対してＭｎが金属換算で０．１４重量部、Ｂｉが金属換算で０．２０重量部含まれており、鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満である圧電セラミックスを得た点以外は実施例１と同様の工程で圧電振動子Ｆを１０個得た。
【００９２】
圧電セラミックス１はチタン酸バリウム系であった。続いて、圧電セラミックス１の各種パラメータを測定するために、圧電セラミックス１の両面にＡｕ電極をスパッタ成膜し、１０×２．５×０．５ｍｍ３形状の試験片圧電素子を作製し、温度１００℃、電界１ｋＶ／ｍｍ、時間３０分の条件で分極した。この試験片圧電素子を評価したところ、脱分極温度Ｔｄは１０６℃、２０℃における線膨張係数αｐは７．８×１０−６／℃、ヤング率Ｙｐは１１７ＧＰａ、圧電定数ｄ３１は−１００ｐｍ／Ｖであった。
【００９３】
得られた圧電振動子Ｆは、振動板６の２０℃の線膨張係数αｓと圧電セラミックス１の２０℃の線膨張係数αｐとの比は、αｓ／αｐ＝１．２８であった。また、振動板６の２０℃のヤング率Ｙｓと圧電セラミックス１の２０℃のヤング率Ｙｐとの比は、Ｙｓ／Ｙｐ＝１．７４であった。
【００９４】
（実施例７）
圧電素子１０１のグラウンド電極２１と振動板６との間に温度Ｔ１＝１２０℃で第一の接着部４を形成した点以外は、実施例６と同様の工程で圧電振動子Ｇを１０個得た。
【００９５】
（実施例８）
分極処理が施されていない圧電セラミックス１として、金属酸化物粉末を焼成して１００重量部の（Ｎａ０．８８Ｂａ０．１２）（Ｎｂ０．８８Ｔｉ０．１２）Ｏ３に対してＭｎが金属換算で０．１０重量部含まれており、鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満である圧電セラミックスを得た点、圧電セラミックス１に対し温度Ｔ３＝１３５℃で分極処理を施した点以外は実施例１と同様の工程で圧電振動子Ｈを１０個得た。
【００９６】
圧電セラミックス１はチタン酸バリウム系であった。続いて、圧電セラミックス１の各種パラメータを測定するために、圧電セラミックス１の両面にＡｕ電極をスパッタ成膜し、１０×２．５×０．５ｍｍ３形状の試験片圧電素子を作製し、温度１３５℃、電界１ｋＶ／ｍｍ、時間３０分の条件で分極した。この試験片圧電素子を評価したところ、脱分極温度Ｔｄは１７０℃、２０℃における線膨張係数αｐは８．４×１０−６／℃、ヤング率Ｙｐは１３１ＧＰａ、圧電定数ｄ３１は−６０ｐｍ／Ｖであった。
【００９７】
得られた圧電振動子Ｈは、振動板６の２０℃の線膨張係数αｓと圧電セラミックス１の２０℃の線膨張係数αｐとの比は、αｓ／αｐ＝１．１９であった。また、振動板６の２０℃のヤング率Ｙｓと圧電セラミックス１の２０℃のヤング率Ｙｐとの比は、Ｙｓ／Ｙｐ＝１．５６であった。
【００９８】
（実施例９）
分極処理が施されていない圧電セラミックス１として、金属酸化物粉末を焼成して１００重量部の（Ｎａ０．９０Ｂａ０．１０）（Ｎｂ０．８８Ｔｉ０．１２）Ｏ３に対してＭｎが金属換算で０．２０重量部含まれており、鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満である圧電セラミックスを得た点、圧電素子１０１の振動板６がついていない面において、駆動相電極３１とグラウンド電極２１と給電部材７との間に第二の接着部５を温度Ｔ２＝１３５℃で熱圧着して形成した点、圧電セラミックス１に対し温度Ｔ３＝１３０℃で分極処理を施した点以外は実施例８と同様の工程で圧電振動子Ｉを１０個得た。
【００９９】
圧電セラミックス１はチタン酸バリウム系であった。続いて、圧電セラミックス１の各種パラメータを測定するために、圧電セラミックス１の両面にＡｕ電極をスパッタ成膜し、１０×２．５×０．５ｍｍ３形状の試験片圧電素子を作製し、温度１３０℃、電界１ｋＶ/ｍｍ、時間３０分の条件で分極した。この試験片圧電素子を評価したところ、脱分極温度Ｔｄは１９０℃、２０℃における線膨張係数αｐは８．３×１０−６／℃、ヤング率Ｙｐは１２８ＧＰａ、圧電定数ｄ３１は−６５ｐｍ／Ｖであった。
【０１００】
得られた圧電振動子Ｉは、振動板６の２０℃の線膨張係数αｓと圧電セラミックス１の２０℃の線膨張係数αｐとの比は、αｓ／αｐ＝１．２０であった。また、振動板６の２０℃のヤング率Ｙｓと圧電セラミックス１の２ング率Ｙｐとの比は、Ｙｓ／Ｙｐ＝１．５９であった。
【０１０１】
（比較例１）
まず、金属酸化物粉末を焼成して分極処理が施されていない圧電セラミックス１を得た。
【０１０２】
圧電セラミックス１の組成を蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）で測定したところ、１００重量部の（Ｂａ０．８５Ｃａ０．１５）（Ｔｉ０．９３Ｚｒ０．０７）Ｏ３に対してＭｎが金属換算で０．１６重量部含まれており、鉛の含有量は１０００ｐｐｍ未満であった。すなわちチタン酸バリウム系の圧電セラミックスであった。
【０１０３】
続いて、圧電セラミックス１の各種パラメータを測定するために、圧電セラミックス１の両面にＡｕ電極をスパッタ成膜し、１０×２．５×０．５ｍｍ３形状の試験片圧電素子を作製し、温度１００℃、電界１ｋＶ／ｍｍ、時間３０分の条件で分極した。この試験片圧電素子を評価したところ、脱分極温度Ｔｄは１０４℃、２０℃における線膨張係数αｐは８．１×１０−６／℃、ヤング率Ｙｐは１２６ＧＰａ、圧電定数ｄ３１は−９０ｐｍ／Ｖであった。
【０１０４】
次に、圧電セラミックス１を厚み０．３４ｍｍで略均一に研削、及び研磨加工した後に、８．７×５．７ｍｍ２のサイズに切断した。圧電セラミックス１の両面に、銀ペーストを用いて図４に示すような駆動相電極３１およびグラウンド電極２１をスクリーン印刷によって形成し、圧電素子１０１を得た。
【０１０５】
続いて、圧電セラミックス１に対し温度Ｔ３＝１００℃で分極処理を施した。具体的には、圧電素子１０１の２つの駆動相電極３１それぞれに分極用のコンタクトピンを接触させ、振動板６をグラウンドとして電圧を印加した。このとき圧電セラミックス１に印加される電界強度は１．０ｋＶ／ｍｍ、時間は３０分間とした。
【０１０６】
次に、図３のように圧電素子１０１のグラウンド電極２１と振動板６との間に温度Ｔ１＝１６０℃で第一の接着部４を形成した。振動板６としては、ＪＩＳ規格の磁性ステンレス鋼ＳＵＳ４２０Ｊ２を準備した。寸法は９．０×５．８×０．３ｍｍ３である。また、ＳＵＳ４２０Ｊ２は、マルテンサイト系のステンレス鋼であり、組成は鋼を７０質量％以上、クロムを１２から１４質量％含有している。その２０℃における線膨張係数αｓは１０．０×１０−６／℃、ヤング率は２０４ＧＰａである。
【０１０７】
第一の接着部４を、振動板６にエポキシ系の接着剤（ガラス転移温度Ｔｇ１＝１２０℃）をディスペンサによって塗布し、圧電素子１０１のグラウンド電極面と振動板６とを加圧接触させながら恒温槽に入れて、１６０℃で１０分保持することにより形成した。このとき、圧電素子１０１と振動板６は、位置決め治具を用いてそれぞれの接着面の中心が一致するように配置した。
【０１０８】
続いて、圧電素子１０１の振動板６がついていない面において、駆動相電極３１とグラウンド電極２１と給電部材７との間に第二の接着部５を温度Ｔ２＝１４０℃で熱圧着して形成した。具体的には、圧電素子１０１にフレキシブルケーブルよりなる給電部材７を、主成分の高分子材料のガラス転移温度Ｔｇ２が１２０℃である異方性導電性フィルム（ＡＣＦ）で接続した。熱圧着の条件は、時間を１０秒間、圧力を２ＭＰａとした。
【０１０９】
そして、圧電セラミックス１に対し温度Ｔ３＝１００℃で分極処理を施した。具体的には、圧電素子１０１の２つの駆動相電極３１それぞれに分極用のコンタクトピンを接触させ、振動板６をグラウンドとして電圧を印加した。このとき圧電セラミックス１に印加される電界強度は１．０ｋＶ／ｍｍ、時間は３０分間とした。
【０１１０】
以上の工程により、圧電振動子１０１１を１０個得た（以下、圧電振動子Ｊとする）。得られた圧電振動子Ｊは、振動板６の２０℃の線膨張係数αｓと圧電セラミックス１の２０℃の線膨張係数αｐとの比は、αｓ／αｐ＝１．２３であった。また、振動板６の２０℃のヤング率Ｙｓと圧電セラミックス１の２０℃のヤング率Ｙｐとの比は、Ｙｓ／Ｙｐ＝１．６２であった。
【０１１１】
（比較例２）
圧電素子１０１のグラウンド電極２１と振動板６との間に温度Ｔ１＝１２０℃で第一の接着部４を形成した点、圧電セラミックス１に対し温度Ｔ３＝１３５℃で分極処理した点以外は、実施例１と同様の工程で圧電振動子Ｋを１０個得た。
【０１１２】
（比較例３）
圧電素子１０１のグラウンド電極２１と振動板６との間に温度Ｔ１＝１２０℃で第一の接着部４を形成した点、圧電素子１０１の駆動相電極３１とグラウンド電極２１に、熱硬化性樹脂を有する給電部材７をＴ２＝１００℃で熱圧着した点、圧電素子１０１をＴ３＝１００℃で分極処理した点、ガラス転移温度Ｔｇ＝１１０℃のエポキシ系の接着材を用いた点以外は、実施例１と同様の工程で圧電振動子Ｌを１０個得た。
【０１１３】
（比較例４）
圧電セラミックス１に１００重量部の（Ｐｂ０．９８Ｓｒ０．０２）（Ｚｒ０．５５Ｔｉ０．４５）Ｏ３に対してＭｎが金属換算で０．１０重量部含まれている圧電セラミックスを用いた点、圧電素子１０１をＴ３＝１７０℃で分極処理を施した点以外は実施例１と同様の工程で圧電振動子Ｍを１０個得た。
【０１１４】
圧電セラミックス１は鉛系である。また、圧電セラミックス１の脱分極温度Ｔｄは３００℃、２０℃における線膨張係数αｐは４．０×１０−６／℃、ヤング率Ｙｐは８５ＧＰａ、圧電定数ｄ３１は−１３０ｐｍ／Ｖである。
【０１１５】
得られた圧電振動子Ｍは、振動板６の２０℃の線膨張係数αｓと圧電セラミックス１の２０℃の線膨張係数αｐとの比は、αｓ／αｐ＝２．５０であった。また、振動板６の２０℃のヤング率Ｙｓと圧電セラミックス１の２０℃のヤング率Ｙｐとの比は、Ｙｓ／Ｙｐ＝２．４０であった。
【０１１６】
（比較例５）
圧電素子１０１の振動板６がついていない面において、駆動相電極３１とグラウンド電極２１と給電部材７との間に第二の接着部５を温度Ｔ２＝１８０℃で熱圧着して形成した点、圧電セラミックス１に対し温度Ｔ３＝１６０℃で分極処理を施した点以外は、比較例４と同様の工程で圧電振動子Ｎを１０個得た。
以上の実施例、比較例の製造条件を表１に示す。
【０１１７】
【表１】
2017184233.tif 000003
【０１１８】
（圧電振動子の評価）
続いて、得られた圧電振動子の消費電力の周波数依存性を評価した。具体的には、２つの駆動相電極３１（説明の便宜上、以降Ａ相とＢ相と呼ぶ）それぞれに１０．０Ｖｐｐの交番電圧を、周波数掃引しながら印加した。そのときＡ相とＢ相の電圧の位相差は−９０°と９０°とした。以降、−９０°のときを正進方向、９０°のときを逆進方向と呼ぶ。このときの正進方向および逆進方向の消費電力をオシロスコープ（横河メータ＆インスツルメンツ社製、商品名：ＤＬ８５０Ｅ）を用いて評価した。
【０１１９】
表２はこれらの結果を以下の観点（１）、（２）、（３）及び（４）において、作製した各圧電振動子１０個のうち、いくつがこの条件を満たしているかを示したものである。
（観点）
（１）Ａモードの正進方向の最大消費電力に対するＡモードの逆進方向の最大消費電力に対する割合が６０％以上１４０％以下の範囲にあること
（２）Ａモードの正進方向の共振周波数とＡモードの逆進方向の共振周波数との差が±５０Ｈｚ以内の範囲にあること
（３）Ｂモードの正進方向の最大消費電力に対するＢモードの逆進方向の最大消費電力に対する割合が６０％以上１４０％以下の範囲にあること
（４）Ｂモードの正進方向の共振周波数とＢモードの逆進方向の共振周波数との差が±５０Ｈｚ以内の範囲にあること
【表２】
2017184233.tif 000004
【０１２０】
まず、圧電振動子Ａ、ＥおよびＦの良品率は１００％であった。次に、圧電振動子Ｂ、ＣおよびＧの良品率は９０％であった。圧電振動子Ａ、ＥおよびＦの良品率より若干劣った理由としては、Ｔ１＞Ｔ３かつＴ２＞Ｔ３の関係は満たしているものの、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３の関係を満たさなかったことに起因すると考えられる。
【０１２１】
続いて、圧電振動子Ｄ、ＨおよびＩの良品率は８０％であった。圧電振動子Ａ、ＥおよびＦの良品率より若干劣った理由としては、これらはＴ１＞Ｔ３かつＴ２＞Ｔ３の関係は満たしているものの、圧電振動子ＤはＴｇ１＞Ｔ３の関係を満たさなかったこと、またＴ１＞Ｔ２＞Ｔ３の関係を満たさなかったことに起因し、さらに、圧電振動子ＨおよびＩはＴｇ１＞Ｔ３の関係を満たさなかったこと、Ｔ２≧Ｔｄの関係を満たさなかったことに起因すると考えられる。
【０１２２】
一方、圧電振動子Ｊ、Ｋ、Ｌ、ＭおよびＮの良品率は６０％以下であった。これらの圧電振動子はいずれもＴ１＞Ｔ３かつＴ２＞Ｔ３の関係を満たしていなかった。中でも圧電振動子Ｊは分極処理が施された圧電セラミックスを用いて作製したために、良品率が４０％と最も低かった。
【０１２３】
以上より、本発明の製造方法で作製した圧電振動子は全て良品率が８０％以上であったのに対し、比較例の製造方法で作製した圧電振動子は良品率が６０％以下という結果となった。
【０１２４】
（振動波駆動装置の製造方法）
（実施例１０から実施例１８）
実施例１から９で作製した圧電振動子Ａから圧電振動子Ｉの振動板６を被駆動体（スライダ）８に接するように設け、図７および図８のような振動波駆動装置を作製した（実施例１０から１８）。作製した振動波駆動装置のＡ相とＢ相には、振幅１００Ｖｐｐ交番電圧を周波数掃引しながら印加した。そのときＡ相とＢ相の電圧の位相差は−９０°と９０°とした。このときの圧電振動子１０１１の最高速度とそのときの周波数をセンサ１８で測定した。
【０１２５】
比較例１から５で作製した圧電振動子Ｊから圧電振動子Ｎを用いて、実施例１０から実施例１８と同様の工程で図７および図８のような振動波駆動装置を作製し、評価した。
【０１２６】
（比較例６から１０）
表３はこれらの結果を以下の観点（５）、（６）において、作製した各振動波駆動装置１０個のうち、いくつがこの条件を満たしているかを示したものである。
（観点）
（５）正進方向の最高速度に対する逆進方向の最高速度の割合が８０％以上１２０％以下の範囲にあること
（６）正進方向の最高速度到達時の周波数と逆進方向の最高速度到達時の周波数との差の±１ｋＨｚ以内の範囲にあること
【０１２７】
【表３】
2017184233.tif 000005
まず実施例１０、１４および１５で作製した振動波駆動装置の良品率は１００％であった。
【０１２８】
次に実施例１１、１２、および１６で作製した振動波駆動装置の良品率は９０％であった。実施例１０、１４および１５の良品率より若干劣った理由としては、Ｔ１＞Ｔ３かつＴ２＞Ｔ３の関係は満たしているものの、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３の関係を満たさなかったことに起因すると考えられる。
【０１２９】
続いて、実施例１３、１７および１８で作製した振動波駆動装置の良品率は８０％であった。実施例１０、１４および１５の良品率より若干劣った理由としては、実施例１３、１７および１８はＴ１＞Ｔ３かつＴ２＞Ｔ３の関係は満たしているものの、実施例１３はＴｇ１＞Ｔ３の関係を満たさなかったこと、またＴ１＞Ｔ２＞Ｔ３の関係を満たさなかったことに起因し、実施例１７および１８はＴｇ１＞Ｔ３の関係を満たさなかったこと、Ｔ２≧Ｔｄの関係を満たさなかったことに起因すると考えられる。
【０１３０】
一方、比較例６から１０で作製した振動波駆動装置の良品率は６０％以下であった。これらの振動波駆動装置はいずれもＴ１＞Ｔ３かつＴ２＞Ｔ３の関係を満たしていなかった。中でも比較例６は分極処理が施された圧電セラミックスを用いて作製したために、良品率が４０％と最も低かった。
【０１３１】
以上より、本発明の製造方法で作製した振動波駆動装置は全て良品率が８０％以上であったのに対し、比較例の製造方法で作製した振動波駆動装置は良品率が６０％以下という結果となった。
【０１３２】
（光学機器の製造方法）
（実施例１９および比較例１１）
実施例１０で作製した振動波駆動装置と光学部材とを力学的に接続し、図１０のような光学機器を作製した（実施例１９）。また、比較例６で作製した振動波駆動装置を光学部材とを力学的に接続し、図１０のような光学機器を作製した（比較例１１）。どちらの光学機器も交番電圧の印加に応じたオートフォーカス動作を確認できたが、実施例１９のフォーカス動作は比較例１１のフォーカス動作に比べて、正進方向と逆進方向のフォーカス時間の差が小さかった。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本発明の振動子の製造方法は、正進方向と逆進方向との振動特性が実質的に等価である振動子を歩留まり良く提供できる。また、本発明の振動波駆動装置の製造方法および光学機器の製造方法は、正進方向と逆進方向の駆動特性が実質的に等価である振動波駆動装置および光学機器を歩留まり良く提供できる。さらに、これらの製造方法は、振動波駆動装置と光学機器以外でも、正進方向と逆進方向に駆動する機構を有する圧電デバイス全般に適用可能である。
【符号の説明】
【０１３４】
１                          圧電セラミックス
１０１                      圧電素子
１０１１                    圧電振動子
２                          第一の電極
２１                        グラウンド電極
３                          第二の電極
３１                        駆動相電極
４                          第一の接着部
５                          第二の接着部
６                          振動板
６１                        突起部
７                          給電部材
７ａ                        電気配線
８                          被駆動体（スライダ）
９                          電圧入力手段
１１                        保持部材
１２                        移動筐体
１３                        ビス
１４                        ガイド部材
１５                        レンズ保持部材
１６                        レンズ
１７                        連結部材
１８                        センサ
１９                        スケール
２１                        グラウンド電極
３１                        駆動相電極
【図１】
2017184233.tif 000006
【図２】
2017184233.tif 000007
【図３】
2017184233.tif 000008
【図４】
2017184233.tif 000009
【図５】
2017184233.tif 000010
【図６】
2017184233.tif 000011
【図７】
2017184233.tif 000012
【図８】
2017184233.tif 000013
【図９】
2017184233.tif 000014
【図１０】
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