JP2005223968A - Oscillator and oscillatory wave driver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気−機械エネルギ変換素子を振動源として弾性体に駆動振動を励振する振動子、およびこの振動子を用いた振動波駆動装置に関する。 The present invention relates to a vibrator that excites drive vibration in an elastic body using an electro-mechanical energy conversion element as a vibration source, and a vibration wave driving device using the vibrator.
振動波駆動装置としての振動波モータは、低速度で大きなトルクが取り出せるアクチュエータであるとともに、電磁モータが有するコギングが無く、回転むらが少ないことを特徴とする。特に、進行波型の振動波モータにおいては、弾性体に振動振幅が一様な進行性の振動波が励起され、これに加圧接触された移動体が連続的に駆動されるので、より滑らかな駆動を可能とする。よって、このような振動波モータは、高精度な定速制御を必要とする機器の駆動源として用いられる。 A vibration wave motor as a vibration wave drive device is an actuator that can extract a large torque at a low speed, has no cogging, and has little rotation unevenness. In particular, in a traveling wave type vibration wave motor, a progressive vibration wave having a uniform vibration amplitude is excited in an elastic body, and a moving body that is in pressure contact with the elastic body is continuously driven. Can be driven smoothly. Therefore, such a vibration wave motor is used as a drive source for equipment that requires high-precision constant speed control.
このような従来の振動波モータの構成について図16〜図18を参照しながら説明する。図16は従来の振動波モータの構成を示す縦断面図、図17は図16の圧電素子2の表面および裏面図、図18は図17の圧電素子2を駆動するための駆動電圧の波形図である。
The configuration of such a conventional vibration wave motor will be described with reference to FIGS. 16 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional vibration wave motor, FIG. 17 is a front and back view of the
従来の振動波モータは、図16に示すように、金属等の導電性の弾性体からなる振動体1を備え、振動体1の一方の面には、圧電素子2が接着されている。振動体1の他方の面には、櫛歯状の部位が形成されており、該部位の先端には、複合樹脂やセラミックなどからなる摩擦部材3が接合されている。振動体1は、圧電素子2および摩擦部材3と共働して振動子を構成する。この振動子は、ハウジング7に対してビス、かしめなどにより固定されている。ハウジング7には、振動体1を挿通して垂直に延びる回転軸6が軸受8を介して支持されている。回転軸6には、連結部材12が固着され、連結部材12には、加圧ばね5が固定されている。加圧ばね5には移動体4が固定され、移動体4は加圧ばね5により附勢され、移動体4の振動体1との対向面は、摩擦部材3に接触されている。
As shown in FIG. 16, the conventional vibration wave motor includes a vibrating
このように構成された振動波モータにおいては、圧電素子2に駆動電圧が印加されると、振動体1に進行性の振動波が励起され、摩擦部材3に加圧接触する移動体4が回転駆動される。移動体4の回転力は、加圧ばね5および連結部材12を介して回転軸6から取り出される。
In the vibration wave motor configured as described above, when a driving voltage is applied to the
上記振動体1の圧電素子2としては、各種のものがある(例えば特許文献1〜5を参照)。例えば特許文献1に記載の圧電素子2は、図17(a),(b)に示すように、薄い円環状の圧電材20を有する。圧電材20の表面には、図17(a)に示すように、薄膜状の複数の駆動電極21が設けられている。ここで、圧電材20の表面は、振動体1と固着されない側の面である。各駆動電極21は、圧電材20の表面において、振動体1を励振する駆動モードの次数の4倍の数で円周を略等分割された領域のそれぞれに、導電性の材料を蒸着、塗布、印刷するなどによって形成された扇型の電極である。圧電材20の各駆動電極21の領域は、全て厚み方向の同じ向きに分極されている。
There are various types of
本例の振動子は、圧電材20の円環部に5つの曲げ変形を生じる振動モードを用いるものであり、各駆動電極21は次数5の4倍の20個の領域に、銅、ニッケルなどの蒸着によって形成されたものである。図7(a)中の記号、A(+),A(−),B(+),B(−)は、交番電圧が印加される各駆動電極21の駆動相の名称である。
The vibrator of this example uses a vibration mode in which five bending deformations occur in the annular portion of the
圧電材20の裏面(振動体1との固着面)には、図17(b)に示すように、接地(G)用の電極として作用する共通電極22が銅、ニッケルなどの蒸着によって形成されている。圧電素子2の裏面は振動体1に接着剤によって固着されるが、接着処理において加圧力を加えて接着剤層を十分に薄くすることによって、共通電極22と振動体1が電気的に導通可能にされている。また、振動体1は図16に示すハウジング7に電気的に導通した状態で固定されているため、ハウジング7と共通電極22は同電位となる。
As shown in FIG. 17B, a
圧電素子2の駆動電圧としては、図18に示すように、A(+)、B(+)、A(−)、B(−)の4相の電圧が用いられ、駆動電圧が各駆動電極21と裏面共通電極22との間に印加される。ここで、A,B相は、互いにπ/2(rad)時間位相がずれた交番電圧であり、括弧内の符号が異なるA(+)とA(−)、およびB(+)とB(−)は、π(rad)時間位相がずれた交番電圧である。圧電素子2上の駆動電極21には、A(+)→B(+)→A(−)→B(−)の順にπ/2(rad)ずつ時間位相がずれた交番電圧が印加されるので、振動子を進行性の曲げ変形モードで加振することが可能となり、駆動モードの共振周波数付近において進行性の振動波を形成することができる。
As the drive voltage of the
上述した圧電素子2に代えて、例えば上記特許文献2および3に記載されているような薄い圧電素子が積層された積層圧電素子を用いることもできる。この積層圧電素子の場合、素子に大きな電界をかけることが可能となり、大きな駆動力をとり出すことができる。
Instead of the
また、圧電素子2として、特許文献4および5に記載されているような圧電素子を用いることもできる。この圧電素子2は、図19(a)に示すように、4分の1波長の間隔をおいて左右に配置されたA相、B相の各駆動領域を有し、各駆動領域は2分の1波長の長さで交互に(+)、(−)に分極されている。ここで、圧電素子2の裏面においては、図19(b)に示すように、共通電極が各駆動領域に対応するように2分割されて、A(−),B(−)の2つの電極とされている。これに対し、圧電素子2の表面においては、図19(c)に示すように、A(+),B(+)の2つの駆動電極が設けられ、また、裏面の2つの共通電極の一部が、側面を介して露出されている。
As the
このような圧電素子2においては、裏面の共通電極、A(−),B(−)に対して、表面の駆動電極、A(+),B(+)に印加される駆動電圧とπ(rad)時間位相が反転された駆動電圧を印加することによって、圧電素子2の厚み方向に電源電圧の2倍の電位差をかけることができる。また、裏面の2つの共通電極の一部が表面へ露出されているので、表面に上記4相の駆動電圧を印加することができる。
一般に、圧電素子に電圧を印加した際に圧電素子に発生する応力は、圧電素子内の電界にほぼ比例する。すなわち、同じ厚さの素子であれば、表裏間の電位差を大きくするほど、発生応力を大きくすることができるので、振動子の出力を上げることができる。また、駆動電圧に制限がある場合は、圧電素子の幅を大きくして断面積を増すことによって、同じ発生応力でも大きな力を取り出すことができる。しかしながら、素子幅を大きくすることによって発生力を増す方法では、設置スペースが占有されるとともに、材料の使用量が増し、コストアップを招くことになる。 In general, the stress generated in a piezoelectric element when a voltage is applied to the piezoelectric element is substantially proportional to the electric field in the piezoelectric element. That is, if the elements have the same thickness, the greater the potential difference between the front and back sides, the greater the stress that can be generated, so the output of the vibrator can be increased. When the drive voltage is limited, a large force can be extracted even with the same generated stress by increasing the width of the piezoelectric element and increasing the cross-sectional area. However, the method of increasing the generated force by increasing the element width occupies the installation space, increases the amount of material used, and increases the cost.
例えば特許文献1に記載の振動子においては、駆動電圧として、図18に示すような4相の駆動電圧が用いられているが、圧電素子の裏面を共通電極としているため、圧電素子の表裏間の電位差は、各駆動相の電位と等しい。このため、振動波モータの出力を上げるには、駆動電源の電圧を増さなければならず、駆動回路が大型化し、より製造コストが掛かる。さらに、各端子間の電位差が増すため、短絡を防ぐためにより端子間を広くとる必要がある。そのため装置全体の大型化を招くことになる。
For example, in the vibrator described in
また、特許文献2および3に記載されているような、薄い圧電素子が積層された積層圧電素子においては、大きな電界をかけることが可能となり、大きな駆動力をとりだすことができる。しかしながら、積層圧電素子は、単一の圧電素子に比して高価になるとともに、積層界面のせん断変形に対して損失が大きくなるという欠点がある。
Moreover, in the laminated piezoelectric element in which thin piezoelectric elements are laminated as described in
さらに、図17に示したように全面を同一方向に分極したパターンを用いる場合においては、4つの相がすべて交互に配置されているために、特許文献4および5に記載されているような2分割の共通電極を用いることができない。さらに、圧電素子の表面の全面に駆動電極が配置されているため、駆動電極以外の裏面からの電極を設けることができない。
Further, in the case of using a pattern in which the entire surface is polarized in the same direction as shown in FIG. 17, all four phases are alternately arranged, so that 2 described in
一方、特許文献1に記載されているような4相の駆動電圧を必要とする構成において、駆動電源を変更して駆動電圧を上げる場合には、2相よりも多くの設置スペースを必要とする問題がある。また、この構成においては、裏面が共通電極となっているので、π(rad)の反転した電界をかけるために、独立した2つの電源が必要であり、2相の駆動電圧で駆動することは困難である。
On the other hand, in a configuration requiring a four-phase drive voltage as described in
このように、振動子の駆動力を増すためには、装置の大型化やコスト増加などの問題があり、出力が大きく、小型で安価な振動波駆動装置を得ることは非常に難しい。 Thus, in order to increase the driving force of the vibrator, there are problems such as an increase in the size of the device and an increase in cost, and it is very difficult to obtain a vibration wave driving device that has a large output and is small and inexpensive.
本発明の目的は、出力が大きく、小型で安価な振動波駆動装置を得ることができる振動子および振動波駆動装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a vibrator and a vibration wave driving device capable of obtaining a small and inexpensive vibration wave driving device having a large output.
本発明は、上記目的を達成するため、弾性体および電気機械エネルギ変換素子を備え、前記電気機械エネルギ変換素子への駆動信号の印加により励起される複数の振動の合成で前記弾性体の駆動部に駆動振動を励振する振動子において、前記電気機械エネルギ変換素子は、圧電体と、前記圧電体の表面、裏面のそれぞれに形成されている駆動信号を印加するための複数の駆動電極とを有し、前記駆動振動の半波長だけ離れて配置された前記圧電体の表面の駆動電極と裏面の駆動電極とが接続されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention includes an elastic body and an electromechanical energy conversion element, and a drive unit for the elastic body by combining a plurality of vibrations excited by application of a drive signal to the electromechanical energy conversion element. In the vibrator for exciting drive vibration, the electromechanical energy conversion element has a piezoelectric body and a plurality of drive electrodes for applying drive signals formed on the front surface and the back surface of the piezoelectric body. The drive electrode on the front surface and the drive electrode on the back surface of the piezoelectric body, which are arranged apart by a half wavelength of the drive vibration, are connected.
また、本発明は、上記目的を達成するため、弾性体および単一の電気機械エネルギ変換素子を備え、前記電気機械エネルギ変換素子への駆動信号の印加により励起される複数の振動の合成で前記弾性体の駆動部に駆動振動を励振する振動子において、前記電気機械エネルギ変換素子は、合成する振動の数で駆動振動の半波長の領域を等分割した複数の駆動領域を有する単一の圧電体と、前記圧電体の各駆動領域の表面、裏面のそれぞれに形成されている複数の駆動電極とを有し、前記圧電体の裏面は前記弾性体と電気的に絶縁されて固着されており、前記圧電体の表面の駆動電極に印加される駆動信号が前記圧電体の裏面の各駆動電極へ供給されるように、前記圧電体の裏面の駆動電極のうち少なくとも1つは、該圧電体の表面の対応する駆動電極と接続されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention comprises an elastic body and a single electromechanical energy conversion element, and combines the plurality of vibrations excited by applying a drive signal to the electromechanical energy conversion element. In the vibrator for exciting driving vibration in the driving section of the elastic body, the electromechanical energy conversion element includes a single piezoelectric element having a plurality of driving areas obtained by equally dividing a half-wave area of the driving vibration by the number of vibrations to be combined. And a plurality of drive electrodes formed on the front and back surfaces of each drive region of the piezoelectric body, and the back surface of the piezoelectric body is electrically insulated and fixed to the elastic body. And at least one of the drive electrodes on the back surface of the piezoelectric body so that a drive signal applied to the drive electrode on the front surface of the piezoelectric body is supplied to each drive electrode on the back surface of the piezoelectric body. Corresponding surface drive Characterized in that it is connected to the electrode.
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記振動子を用いたことを特徴とする振動波駆動装置を提供する。 In addition, the present invention provides a vibration wave driving device using the vibrator to achieve the above object.
本発明によれば、出力が大きく、小型で安価な振動波駆動装置を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a vibration wave drive device that has a large output, is small, and is inexpensive.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態に係る振動子の構成を示す斜視図、図2は図1の圧電素子2を示す平面図、図3は図1の振動子に対する電源電圧と圧電素子の表裏の駆動電極間の電位差を示す図である。
(First embodiment)
1 is a perspective view showing a configuration of a vibrator according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing a
振動子は、図1に示すように、金属等の導電性の弾性体からなる円環状の振動体1を備える。振動体1の一方の面には、圧電素子2が接着されている。振動体1の他方の面には、櫛歯状の部位が形成されており、該部位の先端には、複合樹脂やセラミックなどからなる摩擦部材3が接合されている。振動体1の少なくとも一方の面(圧電素子2との固着面)は、非導電性のめっき、または塗装によって被覆されている。
As shown in FIG. 1, the vibrator includes an annular vibrating
圧電素子2は、図1および図2に示すように、内径寸法が振動体1の内径よりも小さく形成された円環状の圧電体20を有し、圧電体20の表面には、複数の駆動電極23がニッケル材の蒸着によって形成されている。各駆動電極23は、圧電体20の表面において、振動体1を励振する駆動モードの次数の4倍の数で円周を略等分割された領域のそれぞれに形成された扇型の電極である。また、表面の各駆動電極23の端部には、それぞれ、所定の角度で斜めに圧電素子2の内径部の所定位置へ向けて延びるリード部24が接続されている。具体的には、各リード部24は、それぞれ、対応する駆動電極23から左回り方向の隣の駆動電極23の中央位置に対応する内径部の位置に向けて延びるように形成されている。各リード部24は、各駆動電極23と同時に蒸着によって形成されたものである。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、圧電体20の裏面(振動体1との固着面)には、表面の駆動電極23と同じパターンの駆動電極(図示せず)およびリード部(図2中に破線で示す)が形成されており、裏面の駆動電極のそれぞれは、表面の駆動電極のそれぞれと対向するように配置されている。
In addition, a drive electrode (not shown) and a lead portion (shown by a broken line in FIG. 2) having the same pattern as the
圧電体20の表面の駆動電極23のそれぞれのリード部24は、圧電体20の内周部に形成された対応する連結部25を経て、裏面の対応する駆動電極のリード部と電気的に接続され、表面の各駆動電極23は、それぞれ、表面からみて左回りに1つおきの裏面の駆動電極と電気的に接続される。これは、駆動振動の半波長だけ離れた表面の駆動電極と裏面の駆動電極が電気的に接続されることになり、同位相で対向する表面の駆動電極と裏面の駆動電極には互いに時間位相が反転された駆動電圧が印加されることになる。
Each
表面および裏面の各駆動電極23および各リード部24が蒸着された後に、表裏の駆動電極間に同一極性の分極処理が行われる。また、連結部25は、圧電素子2の分極処理後に導電性の塗料を印刷により塗布することによって、形成されたものである。
After the front and back drive
圧電体20の表面には、フレキシブルプリント基板が接着などにより貼り付けられ、フレキシブルプリント基板から表面の各駆動電極23に対して4相の電圧が供給される。これにより、対応するリード部24、連結部25を介して裏面の駆動電極にも電圧が供給される。
A flexible printed circuit board is attached to the surface of the
上記構成を有する圧電素子2には、図3に示すように、電源電圧の2倍の駆動電圧を圧電素子に印加することが可能となり、他の構成を変えることなく出力を倍増することができる。具体的には、図17(a)に示すように、駆動振動の進行方向に沿って配置された駆動電極にA(+),A(−),B(+),B(−)の順となる駆動信号を印加すると、A(+)なる駆動信号が供給された駆動電極の裏側の駆動電極にはA(−)なる駆動信号が印加され、B(+)なる駆動信号が供給された駆動電極の裏側の駆動電極にはB(−)なる駆動信号が印加される。よって、本実施の形態の振動子を振動源として用いれば、圧電素子2の分極方向(厚み方向)に印加される電圧が大きくなり、出力が大きく、小型で安価な振動波駆動装置を得ることができる。
As shown in FIG. 3, the
なお、本実施の形態においては、振動体1の圧電素子2との固着面が非導電性のめっき、または塗装によって被覆されているが、圧電素子2の固着面側に同様な被覆を施すようにしてもよい。この場合は、導電性塗料で表裏の接続を行った後に裏面全面に被覆するか、または駆動電極のある範囲内のみを被覆し、振動体1の接合面内径がリード部にかからないようにすればよい。
In the present embodiment, the surface to which the vibrating
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態について図4を参照しながら説明する。図4は本発明の第2の実施の形態に係る振動子の圧電素子の表裏のそれぞれを示す平面図、図5は図4の圧電素子における連結部の構成を示す縦断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a plan view showing the front and back sides of the piezoelectric element of the vibrator according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the structure of the connecting portion in the piezoelectric element of FIG.
本実施の形態においては、図4(a),(b)に示すように、上記第1の実施の形態と同様に、圧電体20の表面の各駆動電極23のリード部24が、それぞれ、対応する駆動電極23から左回り方向の隣の駆動電極23の中央位置に対応する内径部の位置に向けて延びるように形成されている。表面の各リード部24には、それぞれ、裏面の対応するリード部と電気的に接続するための連結部25(スルーホール)が形成されている。各連結部25は、対応するリード部24の内径側先端位置に設けられている。各連結部25は、図5に示すように、そのリード部24の内径側先端位置に対応する圧電体20の位置に設けられた貫通孔26の内周面に付着された電極材により形成されている。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 4A and 4B, as in the first embodiment, the
圧電体20は、電極パターンの蒸着前に、予め全面を厚み方向の一方向に分極処理されている。圧電体20の表裏の駆動電極23およびリード部24の蒸着時には、貫通孔26がマスクされないため、貫通孔26内部に電極材が入り、その内周面に電極材が付着する。そして、圧電体20の裏面と表面の蒸着工程で、貫通孔26内部の蒸着膜がつながって連結部25が形成され、表裏の駆動電極が電気的に接続される。
The entire surface of the
蒸着工程は、裏面を全面マスクして表面をマスクパターンによって蒸着し、次に逆の工程を実施するように工程を分けても、両面をマスクパターンで蒸着して一工程で行ってもよい。 The vapor deposition step may be performed in such a manner that the back surface is entirely masked and the front surface is vapor-deposited with a mask pattern, and then the reverse step is performed, or both surfaces are vapor-deposited with a mask pattern in one step.
このように、本実施の形態では、表裏面の駆動電極の接続に特別な作業を必要とせず、通常の蒸着工程で行うことができるので、生産性がよく、安価に製造を行うことが可能となる。 As described above, in this embodiment, no special work is required for connecting the driving electrodes on the front and back surfaces, and it can be performed in a normal vapor deposition process, so that the productivity is high and the manufacturing can be performed at low cost. It becomes.
(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態について図6を参照しながら説明する。図6は本発明の第3の実施の形態に係る振動子の圧電素子を示す平面図、図7は図6の圧電素子における連結部を示す縦断面図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a plan view showing a piezoelectric element of a vibrator according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a connecting portion in the piezoelectric element of FIG.
上記第2の実施の形態の構成においては、貫通孔の径が小さいと、貫通孔内部には電極材が入りにくくなり、圧電素子の表裏面より蒸着膜が形成し難くなる。この場合には、駆動電極を通常よりも厚く形成することにより、貫通孔での導通を確実にする必要がある。そのため、本実施の形態では、駆動電極の蒸着後に貫通孔に導電性材料を充填することにより、確実に表裏の駆動電極を接続するようにする。 In the configuration of the second embodiment, when the diameter of the through hole is small, it is difficult for the electrode material to enter the through hole, and it is difficult to form a vapor deposition film from the front and back surfaces of the piezoelectric element. In this case, it is necessary to ensure conduction through the through hole by forming the drive electrode thicker than usual. Therefore, in this embodiment, the drive electrodes on the front and back sides are reliably connected by filling the through holes with a conductive material after the drive electrodes are deposited.
本実施の形態においては、図6に示すように、上記第1の実施の形態と同様に、圧電体20の表面の各駆動電極23のリード部24が、それぞれ、対応する駆動電極23から左回り方向の隣の駆動電極23の中央位置に対応する内径部の位置に向けて延びるように形成されている。表面の各リード部24には、それぞれ、裏面の対応するリード部と電気的に接続するための連結部27が形成されている。各連結部27は、対応するリード部24の内径側先端位置に設けられている。各連結部27は、図7に示すように、そのリード部24の内径側先端位置に対応する圧電体20の位置に設けられた貫通孔に充填された導電性材により形成されている。この導電性材としては、導電性塗料が用いられる。また、導電性材を充填することに代えて、導電性の金属材料を埋め込むようにしてもよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, as in the first embodiment, the
また、貫通孔が圧電体の表裏を導通させない条件で、未分極の圧電素子に蒸着処理を施した後に分極処理を行い、貫通孔に金属材料や導電性塗料を充填して連結部を形成するようにしてもよい。 Also, under the condition that the through hole does not connect the front and back of the piezoelectric body, the polarization treatment is performed after the non-polarized piezoelectric element is subjected to vapor deposition, and the through hole is filled with a metal material or a conductive paint to form a connecting portion. You may do it.
このように、本実施の形態によれば、圧電体の表裏の駆動電極間の接続を確実にすることができる。また、貫通孔を小さくすることが可能になるので、圧電体が大きくなることを抑制することができ、圧電体を構成する圧電材料の使用量が低減され、ひいては製造コストを低下させることができる。 Thus, according to the present embodiment, the connection between the drive electrodes on the front and back of the piezoelectric body can be ensured. In addition, since the through-hole can be made small, it is possible to suppress an increase in the size of the piezoelectric body, and the amount of the piezoelectric material constituting the piezoelectric body can be reduced, which in turn can reduce the manufacturing cost. .
(第4の実施の形態)
次に、本発明の第4の実施の形態について図8を参照しながら説明する。図8は本発明の第4の実施の形態に係る振動子の圧電素子の表裏をそれぞれ示す平面図である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a plan view showing the front and back surfaces of the piezoelectric element of the vibrator according to the fourth embodiment of the present invention.
本実施の形態においては、図8(a),(b)に示すように、圧電体20の表面および裏面の各駆動電極23にリード部24がそれぞれ設けられ、表面の各駆動電極23のうち、印加される駆動電圧の4相に対応する4つの駆動電極23のリード部24のみが、連結部25を介して裏面の対応するリード部24に接続されている。そして、表面の4つの駆動電極23のみが、連結部25を介して、それぞれ、表面からみて左回りに1つおきの裏面の駆動電極23と電気的に接続される。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 8A and 8B, lead
表面の各駆動電極23には、それぞれ、フレキシブルプリント基板に接続され、フレキシブルプリント基板から駆動電圧が印加される。圧電体20の裏面においては、表面の4つの駆動電極にそれぞれ接続されている駆動電極のリード部とそれに対応する駆動電極(3つおきの電極)のリード部とが、それぞれ、フレキシブルプリント基板や、導電ペーストなどの配線を用いて接続され、裏面の全ての駆動電極に駆動電圧が印加される。
Each driving
上記第2および第3の実施の形態のように、全ての駆動電極に対する連結部を構成するための貫通孔を設ける場合は、クラックを避けるために連結部間の間隔を十分に取る必要があるので、圧電体20の平面的な大きさが大きくなる傾向があるが、本実施の形態のように貫通孔すなわち連結部の数を最小限の数にすることによって、圧電体の平面的な大きさを小さくすることが可能になるなど、設計の自由度を増すことができる。
As in the second and third embodiments, when providing the through holes for configuring the connecting portions for all the drive electrodes, it is necessary to provide a sufficient interval between the connecting portions in order to avoid cracks. Therefore, although the planar size of the
(第5の実施の形態)
次に、本発明の第5の実施の形態について図9および図10を参照しながら説明する。図9は本発明の第5の実施の形態に係る振動子の主要部を示す縦断面図、図10は図9の振動子に代わる振動子の主要部を示す縦断面図である。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing the main part of the vibrator according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing the main part of the vibrator in place of the vibrator of FIG.
上述した各実施の形態においては、振動体に非導電性の皮膜が設けられ、この皮膜により圧電素子の裏面の電極との絶縁が行われている。これに対し、本実施の形態は、振動体と圧電素子の間にギャップを設け、該ギャップに接着剤を充填することにより、振動体と圧電素子の裏面とを絶縁する構成を採用する。 In each of the above-described embodiments, a non-conductive film is provided on the vibrating body, and the film is insulated from the electrode on the back surface of the piezoelectric element. On the other hand, this embodiment employs a configuration in which a gap is provided between the vibrating body and the piezoelectric element, and the vibrating body and the back surface of the piezoelectric element are insulated by filling the gap with an adhesive.
具体的には、図9に示すように、振動体1に、その外縁部に沿って延び、圧電素子2側に向けて突出する突起部1aが形成されている。上記突起部1aは、振動体1と圧電素子2の裏面との間には、ギャップが形成されるように、圧電素子2の裏面における駆動電極の形成部位より外側に位置する部位に突き当てられている。振動体1と圧電素子2の裏面との間のギャップには、充填された接着剤により接着剤層9が形成されており、この接着剤層9により振動体1と圧電素子2とが固着される。
Specifically, as shown in FIG. 9, the vibrating
このように、本実施の形態によれば、振動体1に特別な表面処理を施すことなく、圧電素子2の電極との絶縁が可能になる。
Thus, according to the present embodiment, it is possible to insulate the vibrating
また、上記構成に代えて、図10に示すように、振動体1に、その外縁部に沿って延び、圧電素子2側に向けて突出する突起部1aと、その内縁部に沿って延び、圧電素子2側に向けて突出する突起部1bが形成された構成を用いることも可能である。この構成の場合、圧電素子2は、振動体1の内外径に一致する内外径を有し、その外縁部が上記突起部1aに突き当てられ、その内縁部は上記突起部1bに突き当てられている。これにより、振動体1と圧電素子2の裏面との間には、ギャップが形成され、該ギャップには、充填された接着剤により接着剤層9が形成されている。この接着剤層9は、圧電素子2の裏面上の駆動電極およびリード部を覆うとともに、振動体1と圧電素子2とを固着する。
Further, instead of the above configuration, as shown in FIG. 10, the vibrating
このように構成されたことにより、圧電素子2の一部分が振動体1からはみ出すことがなく、はみ出した一部分が振動することによって発生する異音をなくすことが可能になる。
By being configured in this way, a part of the
(第6の実施の形態)
次に、本発明の第6の実施の形態について図11を参照しながら説明する。図11は本発明の第6の実施の形態に係る振動子の主要部を示す縦断面図である。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing the main part of the vibrator according to the sixth embodiment of the invention.
本実施の形態は、図11に示すように、振動体1と圧電素子2の裏面との間にガラス材のシート10が挟み込まれ、振動体1とシート10、およびシート10と圧電素子2は、ともに接着剤により、一体的に固着されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 11, a
ここで、ガラス材のシート10は、厚み精度がよく、薄く製造することができるものであるので、このようなシート10を用いることによって、研磨して得られる振動体1の接合面の平面度を維持しながら、組み立てを行うことが可能になる。よって、振動子の平面度が維持されるとともに、接合時の圧電素子2の歪が少なくなり、圧電素子2の接合時の割れやクラックを少なくすることができる。
Here, since the
(第7の実施の形態)
次に、本発明の第7の実施の形態について図12を参照しながら説明する。図12は本発明の第7の実施の形態に係る振動子の主要部を示す縦断面図である。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing the main part of the vibrator according to the seventh embodiment of the invention.
振動体の材料としては、機械的損失が少ないものがよく、ガラスやセラミック、複合樹脂材料などを用いることができる。 As a material for the vibrator, one having a small mechanical loss is preferable, and glass, ceramic, composite resin material, or the like can be used.
本実施の形態は、図12に示すように、振動体1をセラミックで構成することによって圧電素子2の裏面の駆動電極との絶縁を行う構成を採用する。また、振動体1の全てをセラミックで構成することに代えて、振動体1の一部をセラミックで構成し、他の部分例えば櫛歯状突起部11をステンレスや複合樹脂で構成することによって、櫛歯状突起部11を摩擦部材として兼ねるように構成することも可能である。
As shown in FIG. 12, the present embodiment employs a configuration in which the vibrating
(第8の実施の形態)
次に、本発明の第8の実施の形態について図13および図14を参照しながら説明する。図13は本発明の第8の実施の形態に係る振動子の圧電素子を示す平面図、図14は図13の圧電素子の表面および裏面を示す平面図である。
(Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is a plan view showing the piezoelectric element of the vibrator according to the eighth embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a plan view showing the front and back surfaces of the piezoelectric element of FIG.
本実施の形態の圧電素子2においては、図13に示す電極パターンが形成される前に、厚み方向の分極処理が施されている圧電体20が用いられている。ここで、図中の破線は、裏面のリード部を示す。
In the
圧電体20の表面には、図14(a)に示すように、複数の電極A,B,Gが形成されている。また、裏面にも、図14(b)に示すように、複数の電極A,B,Gが形成されている。ここで、各電極Gは、表面内で接続された隣り合う電極からなる共通電極であり、同一面内の接続は、駆動電極形成のための蒸着処理と同時にその蒸着処理によって行われる。表面の各電極G(共通電極G)は、一方向に隣接した2つの駆動電極A,Bに対向する裏面の共通電極Gと連結部25によって接続されている。ここで、連結部25は、圧電体20に形成された貫通孔の内面に蒸着により形成された導電性皮膜からなり、表面および裏面の共通電極Gを電気的に接続する。表面の共通電極Gの位置に対応する裏面の位置には、2相の駆動電極A,Bがそれぞれ隣り合って設けられている。
A plurality of electrodes A, B, and G are formed on the surface of the
圧電素子2は、振動体1(図示せず)と絶縁状態で接合されている。圧電素子2の表面には、図14に示す2相の駆動電極A,Bと共通電極Gにそれぞれ対応するようにフレキシブルプリント基板が接合され、駆動電極A,Bと共通電極Gとの間に、それぞれπ/2(rad)位相が異なる交番電圧が印加される。このとき、各駆動電極A,Bに対応する領域の厚み方向の電界は、順にπ/2(rad)位相が異なる電界となるため、振動体1に進行性の振動を励起することができる。
The
この結果、圧電素子2の全域は同一方向に分極されているが、2相の駆動電源によって振動を励起することができるので、駆動電源を簡略化することができ、より高電圧化を図ることができる。
As a result, the entire region of the
(第9の実施の形態)
次に、本発明の第9の実施の形態について図15を参照ながら説明する。図15は本発明の第9の実施の形態に係る振動子の圧電素子の表面および裏面を示す平面図である。
(Ninth embodiment)
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a plan view showing the front and back surfaces of the piezoelectric element of the vibrator according to the ninth embodiment of the present invention.
上記第8の実施の形態においては、共通電極Gが、電気的に接続された隣り合う2つの電極から構成されているが、本実施の形態においては、図15(a),(b)に示すように、上記隣り合う2つの共通電極が合体されて1つの共通電極として構成されている。この構成により、共通電極間の接続を確実にすることができるとともに、接続用パターンを設けるスペースが不要になるため、圧電体2を構成する圧電材料の使用量を低減することができる。
In the eighth embodiment, the common electrode G is composed of two adjacent electrodes that are electrically connected. In the present embodiment, the common electrode G is shown in FIGS. As shown, the two adjacent common electrodes are combined to form one common electrode. With this configuration, the connection between the common electrodes can be ensured, and a space for providing a connection pattern is not required, so that the amount of piezoelectric material constituting the
1 振動子
1a 突起部
2 圧電素子
3 摩擦部材
9 突起
10 ガラスシート
20 圧電体
23 駆動電極
24 リード部
25,27 連結部
26 貫通孔
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記電気機械エネルギ変換素子は、圧電体と、前記圧電体の表面、裏面のそれぞれに形成されている駆動信号を印加するための複数の駆動電極とを有し、前記駆動振動の半波長だけ離れて配置された前記圧電体の表面の駆動電極と裏面の駆動電極とが接続されていることを特徴とする振動子。 In a vibrator comprising an elastic body and an electromechanical energy conversion element, wherein a drive vibration is excited in a drive portion of the elastic body by combining a plurality of vibrations excited by application of a drive signal to the electromechanical energy conversion element.
The electromechanical energy conversion element includes a piezoelectric body and a plurality of drive electrodes for applying drive signals formed on the front surface and the back surface of the piezoelectric body, and is separated by a half wavelength of the drive vibration. The vibrator is characterized in that the drive electrode on the front surface and the drive electrode on the back surface of the piezoelectric body arranged in the above are connected.
前記電気機械エネルギ変換素子は、合成する振動の数で駆動振動の半波長の領域を等分割した複数の駆動領域を有する単一の圧電体と、前記圧電体の各駆動領域の表面、裏面のそれぞれに形成されている複数の駆動電極とを有し、前記圧電体の裏面は前記弾性体と電気的に絶縁されて固着されており、前記圧電体の表面の駆動電極に印加される駆動信号が前記圧電体の裏面の各駆動電極へ供給されるように、前記圧電体の裏面の駆動電極のうち少なくとも1つは、該圧電体の表面の対応する駆動電極と接続されていることを特徴とする振動子。 A vibrator comprising an elastic body and a single electromechanical energy conversion element, wherein a drive vibration is excited in a drive portion of the elastic body by synthesizing a plurality of vibrations excited by application of a drive signal to the electromechanical energy conversion element In
The electromechanical energy conversion element includes a single piezoelectric body having a plurality of drive areas obtained by equally dividing a half-wave area of the drive vibration by the number of vibrations to be combined, and the front and back surfaces of each drive area of the piezoelectric body. A driving signal applied to the driving electrode on the surface of the piezoelectric body, the back surface of the piezoelectric body being electrically insulated and fixed to the elastic body. At least one of the drive electrodes on the back surface of the piezoelectric body is connected to a corresponding drive electrode on the surface of the piezoelectric body so that is supplied to each drive electrode on the back surface of the piezoelectric body. The vibrator.
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---|---|---|---|---|
JP2007185049A (en) * | 2006-01-06 | 2007-07-19 | Canon Inc | Vibrator and vibration wave drive unit |
JP2017005794A (en) * | 2015-06-05 | 2017-01-05 | キヤノン株式会社 | Vibration type drive device |
-
2004
- 2004-02-03 JP JP2004026957A patent/JP2005223968A/en not_active Withdrawn
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