JP7000036B2 - 振動子、振動子の製造方法、および電子機器 - Google Patents
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Description
圧電素子および、矩形の板部と前記板部の面外に同方向に突出する2つの突起部を備えた振動板を有する振動子と、
前記2つの突起部に接した移動体と、
を有し、前記振動子に生じる振動により、前記振動子と前記移動体とが前記2つの突起部を結ぶ移動方向に相対移動する振動波モータであって、
前記圧電素子は、鉛の含有量が1000ppm未満である直方体状であり長辺が前記移動方向に沿って前記振動板に配された圧電セラミックスと、電極を備え、
前記圧電素子における前記移動方向に交差している対向する一対の側面部と前記振動板の一部が樹脂で被覆されており、
前記板部の面外に振幅を生じる、互いに交差しない2本の節線を生じる第1の振動モードの節線と、互いに交差しない3本の節線を生じる第2の振動モードの節線は、交差するよう構成されていることを特徴とする。
前記圧電素子は直方体状の非鉛系の圧電セラミックスと電極を備え、
前記圧電素子の側面の一部と前記振動板の一部が樹脂で被覆されていることを特徴とする。本発明により、振動子を構成する圧電素子と振動板との間の剥離の発生を抑え、かつ環境問題にも対応した振動子を提供することができる。
本発明の振動子の製造方法は特に限定されないが、以下に代表的な製造方法を説明する。
本発明の振動波駆動装置は、前述した振動子と、給電部材を有することを特徴とする。このような構成を採ることにより、圧電素子と振動板との間に剥離が生じる確率が小さい振動波駆動装置を提供できる。
本発明の振動波モータは、前記振動波駆動装置と、前記振動板に接した移動体とを有することを特徴とする。このような構成を採ることにより、圧電素子と振動板との間に剥離が生じる確率が小さい振動波モータを提供できる。
本発明の光学機器は、前述した振動波モータと、前記移動体と力学的に接続された光学部材とを有することを特徴とする。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。前述した振動波モータと、前記移動体と光学部材とを力学的に接続することにより、圧電素子と振動板との間に剥離が生じる確率が小さい光学機器を提供できる。
まず、金属酸化物粉末を焼成して圧電セラミックスを得た。圧電セラミックスの組成を蛍光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。続いて、圧電セラミックスの結晶構造をX線回折測定(XRD)で解析したところ、ペロブスカイト構造であることが分かった。すなわち圧電セラミックスは、チタン酸バリウム置換体よりなるペロブスカイト型金属酸化物を含有していた。
樹脂層を硬化させる前に、圧電素子の長辺方向にはみ出した樹脂層を除去した点以外は、実施例1と同様の工程で振動子Bを得た。
樹脂層を硬化させる前に、圧電素子の短辺方向にはみ出した樹脂層を除去した点以外は、実施例1と同様の工程で振動子Cを得た。
樹脂層を硬化させる前に、圧電素子の短辺方向にはみ出した樹脂層を除去した点以外は、実施例1と同様の工程で振動子Dを得た。
圧電素子と振動板との加圧接触させる時間を5分間にした点以外は、実施例1と同様の工程で振動子Eを得た。
圧電素子と振動板との加圧接触させる時間を1分間にした点以外は、実施例1と同様の工程で振動子Fを得た。
圧電素子と振動板との加圧接触させる際の樹脂前駆体の量を20%減らした点以外は、実施例6と同様の工程で振動子Gを得た。
圧電セラミックスの組成を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、さらにBiが金属換算で0.03重量部となるようにした点以外は、実施例1と同様の工程で振動子Hを得た。
圧電セラミックスの組成を100重量部の(Ba0.85Ca0.15)TiO3に対してBiが金属換算で0.03重量部となるようにした点以外は、実施例1と同様の工程で振動子Iを得た。
圧電セラミックスの組成をPb(Zr0.52Ti0.48)O3となるようにした点、圧電セラミックスを厚み0.42mmに研削、研磨加工した点、圧電セラミックスの分極処理に際し、温度を150℃、電界強度2.0kV/mmにした点以外は、実施例1と同様の工程で振動子Jを得た。
まず、金属酸化物粉末を焼成して圧電セラミックスを得た。圧電セラミックスの組成を蛍光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。続いて、圧電セラミックスの結晶構造をX線回折測定(XRD)で解析したところ、ペロブスカイト構造であることが分かった。すなわち圧電セラミックスは、チタン酸バリウム置換体よりなるペロブスカイト型金属酸化物を含有していた。
次に、実施例1から10で作製した振動子Aから振動子Jの振動板を被駆動体(スライダ)に接するように設け、図9のような振動波モータを作製した(実施例11から20)。作製した振動波モータに対し、駆動相電極を通じて、交番電圧V1およびV2(振幅はいずれも100Vpp)を印加した。このときV1とV2の位相差θは90°→-90°→90°→-90°と100回繰り返し、被駆動体(スライダ)を図9の矢印方向に100回往復駆動させた。その後、圧電素子と振動板との間に剥離が生じているか否かを確認するため、超音波映像装置(日立建機製、商品名:FS300)により、写真画像を得た。駆動前の樹脂層の接着領域における面積被覆率と同様の手法で、駆動後の面積被覆率を計測した。その結果を表4に示す。
比較例1で作製した振動子Kを用いて、実施例11から実施例20と同様の工程で図9のような振動波モータを作製、駆動、評価した(比較例2)。
実施例11で作製した振動波モータと移動体と光学部材とを力学的に接続した図10のような光学機器を作製した(実施例21)。また、比較例2で作製した振動波モータと移動体と光学部材とを力学的に接続した図10のような光学機器を作製した(比較例3)。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が確認できたが、比較例3の光学機器は、100回のオートフォーカス動作後に圧電素子と振動板との間に剥離が生じ、30%以上の面積被覆率の低下が確認された。
101 圧電素子
1011 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 樹脂層
41 接着領域
5 振動板
51 突起部
6 支持部
7 給電部材
71 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
Claims (12)
- 圧電素子および、矩形の板部と前記板部の面外に同方向に突出する2つの突起部を備えた振動板を有する振動子と、
前記2つの突起部に接した移動体と、
を有し、前記振動子に生じる振動により、前記振動子と前記移動体とが前記2つの突起部を結ぶ移動方向に相対移動する振動波モータであって、
前記圧電素子は、鉛の含有量が1000ppm未満である直方体状であり長辺が前記移動方向に沿って前記振動板に配された圧電セラミックスと、電極を備え、
前記圧電素子における前記移動方向に交差している対向する一対の側面部と前記振動板の一部が樹脂で被覆されており、
前記板部の面外に振幅を生じる、互いに交差しない2本の節線を生じる第1の振動モードの節線と、互いに交差しない3本の節線を生じる第2の振動モードの節線は、交差するよう構成されていることを特徴とする振動波モータ。 - 前記振動板と前記圧電素子と対向する領域に樹脂が設けられており、前記領域の面積に対する前記領域に設けられた樹脂の面積の割合である面積被覆率が60%以上である、請求項1に記載の振動波モータ。
- 前記圧電素子の側面部の高さに対する前記圧電素子の側面の一部に設けられた樹脂の最大高さの割合が5%以上70%以下である請求項1または2に記載の振動波モータ。
- 前記振動板と前記圧電素子と対向する領域に設けられた前記樹脂の最大厚みが0.5μm以上10μm以下である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の振動波モータ。
- 前記樹脂はエポキシ系樹脂よりなる請求項1乃至4のいずれか1項に記載の振動波モータ。
- 前記圧電素子の前記側面に沿った高さ方向の前記圧電セラミックスの厚みが0.28mm以上2.0mm以下である、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の振動波モータ。
- 前記振動板は前記板部から前記突起部を結ぶ方向に突出する支持部をさらに備えており、前記板部と前記支持部は一体に形成されている請求項1乃至6のいずれか1項に記載の振動波モータ。
- 前記圧電セラミックスは、チタン酸バリウム又はその置換体よりなるペロブスカイト型金属酸化物である請求項1乃至7のいずれか1項に記載の振動波モータ。
- 給電部材をさらに有する請求項1乃至8のいずれか1項に記載の振動波モータ。
- 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の振動波モータの製造方法であって、
前記圧電素子と前記振動板と樹脂前駆体を用いて前記圧電素子の側面の一部と前記振動板の一部が前記樹脂前駆体で被覆されるように貼り合わせ、
前記圧電素子と前記振動板を加圧接触した状態で前記樹脂前駆体を硬化させることを特徴とする振動波モータの製造方法。 - 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の振動波モータと、前記振動波モータによって移動可能に設けられた光学部材を有することを特徴とする光学機器。
- 電子部品と請求項1乃至9のいずれか1項に記載の振動波モータを備えた電子機器。
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