JP7134815B2 - vibration wave motors, drive control systems, optics and electronics - Google Patents
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Description
本発明は、振動波モータ、ならびにそれを用いた、駆動制御システム、光学機器および電子機器に関する。 The present invention relates to vibration wave motors, and drive control systems, optical devices, and electronic devices using the same.
振動型（振動波）アクチュエータは、圧電素子等の電気－機械エネルギー変換素子と弾性体から構成された振動子と、振動子に加圧接触する移動体を有する。振動型アクチュエータは、振動子に励起された振動の駆動力によって生じる摩擦を利用して、移動体を相対移動させる振動波モータとして利用されている。 A vibration type (vibration wave) actuator has a vibrator composed of an electro-mechanical energy conversion element such as a piezoelectric element and an elastic body, and a moving body that presses and contacts the vibrator. A vibration-type actuator is used as a vibration wave motor that relatively moves a moving body by utilizing friction generated by a driving force of vibration excited in a vibrator.
以下に、振動型アクチュエータの代表的な利用形態である、円環状の振動波モータの構造および駆動原理の概略を示す。なお、以下において「円環状」といったときは、当該物品または部材の形態は、所定の厚みをもった円板が同心状の貫通孔を有する形態とみなすことができるものとする。以下その貫通孔に沿った方向に対して、円板の「厚み」、その円板の厚みを決める両表面を「面」と呼ぶ。 The following outlines the structure and driving principle of an annular vibration wave motor, which is a typical form of use of vibration actuators. In the following description, when the term "annular" is used, the shape of the article or member can be regarded as a shape in which a disk having a predetermined thickness has concentric through-holes. Hereinafter, the "thickness" of the disc with respect to the direction along the through hole, and both surfaces that determine the thickness of the disc are referred to as "planes".
円環状の振動波モータは、円環状の振動子と、該振動子に加圧部材によって加圧接触させた円環状の移動体を備えている。振動子と加圧部材の間には、振動子の振動が加圧部材に伝わらないように振動減衰部材が設けられている。 A ring-shaped vibration wave motor includes a ring-shaped vibrator and a ring-shaped moving body brought into pressure contact with the vibrator by a pressure member. A vibration damping member is provided between the vibrator and the pressure member so that the vibration of the vibrator is not transmitted to the pressure member.
移動体は弾性体よりなり、その材質は金属が一般的である。振動子は円環状の振動板とその一方の面上に設けられた円環状の圧電素子とを備えている。振動板は弾性体よりなり、その材質は金属が一般的である。圧電素子は、円環状の圧電材料（圧電セラミックス）の一方の面上に、当該円環の円周方向に沿って円周をｎ等分した（ｎは自然数）複数の領域に分割された電極を有し、他方の面上に１つの共通電極を有している。長さλを単位として円周長をｎλで表す。圧電セラミックスの材質はチタン酸ジルコン酸鉛系材料が一般的である。 The moving body is made of an elastic body, and its material is generally metal. The vibrator has an annular diaphragm and an annular piezoelectric element provided on one surface thereof. The diaphragm is made of an elastic material, and its material is generally metal. A piezoelectric element is an electrode divided into a plurality of regions (n is a natural number) on one surface of a circular ring-shaped piezoelectric material (piezoelectric ceramics) by equally dividing the circumference into n (n is a natural number) along the circumferential direction of the ring. and one common electrode on the other side. The circumference length is represented by nλ with the length λ as a unit. A lead zirconate titanate-based material is generally used for piezoelectric ceramics.
前記複数の領域に分割された電極は、駆動相電極を構成する２つの領域と、検知相電極を構成する少なくとも１つの領域と、必要に応じて設けられる非駆動相電極を構成する領域にそれぞれ設けられている。 The electrodes divided into a plurality of regions are divided into two regions that constitute the drive phase electrode, at least one region that constitutes the detection phase electrode, and an optional region that constitutes the non-drive phase electrode. is provided.
２つの駆動相電極に対しては、円周方向に沿ってλ／２のピッチで交互に逆方向の電界を印加することにより、分極処理が施されている。そのため、圧電セラミックスの伸縮極性は、印加電圧に対してλ／２のピッチで交互に反転する。さらに、それぞれの駆動相電極を構成する２つの領域をλ／４の奇数倍の間隔で隔てる２つの領域（間隔部）には、共通電極と短絡された非駆動相電極が設けられている。この間隔部には、通常、後に述べる検知相電極が設けられる。 The two driving phase electrodes are polarized by alternately applying electric fields in opposite directions at a pitch of λ/2 along the circumferential direction. Therefore, the expansion/contraction polarity of the piezoelectric ceramic is alternately reversed at a pitch of λ/2 with respect to the applied voltage. Further, two regions (interval portions) separating the two regions constituting each driving phase electrode by an odd multiple of λ/4 are provided with a common electrode and a short-circuited non-driving phase electrode. A sensing phase electrode, which will be described later, is usually provided in this space.
このような振動波モータの駆動相電極に交番電圧を印加すると、波長λの第一の定在波および第二の定在波が振動子の全周に亘ってそれぞれ発生する。第一の定在波に対して第二の定在波は円周方向にλ／４だけ回転移動したものとなる。 When an alternating voltage is applied to the driving phase electrodes of such a vibration wave motor, a first standing wave and a second standing wave of wavelength λ are generated over the entire circumference of the vibrator. The second standing wave is rotated by λ/4 in the circumferential direction with respect to the first standing wave.
他方、周波数が同じでかつ時間的位相差がπ／２である２種類の交番電圧をそれぞれの駆動相電極に印加すると、両者の定在波が合成される。その結果として、振動子には全周に亘って円周方向に進行する曲げ振動（振幅が振動子の面に垂直な振動）の進行波（円環に沿った波数ｎ、波長λ）が発生する。 On the other hand, when two types of alternating voltages having the same frequency and a temporal phase difference of π/2 are applied to the respective driving phase electrodes, both standing waves are synthesized. As a result, the vibrator generates a traveling wave (wavenumber n along the ring, wavelength λ) of bending vibration (vibration with amplitude perpendicular to the plane of the vibrator) that progresses in the circumferential direction over the entire circumference of the vibrator. do.
曲げ振動の進行波（以下単に「曲げ振動波」）が発生した面に接する移動体は、振動板から円周方向の摩擦力（駆動力）を受けて駆動する。 A moving body in contact with a surface on which a traveling wave of bending vibration (hereinafter simply referred to as a "bending vibration wave") is generated receives frictional force (driving force) in the circumferential direction from the diaphragm and is driven.
しかしながら、駆動時に予め設定されたｎ次（波数ｎ）とは異なる曲げ振動波、例えば（ｎ－１）次や（ｎ＋１）次の曲げ振動の進行波が発生する場合がある。これらの設定外の曲げ振動波を不要進行波と呼ぶ。不要進行波の発生原因は、振動子と移動体の接触面の精度の低さ、移動体に発生する機械的振動のムラ、振動子と移動体の接触圧力の分布の不均一さなどである。振動波モータを駆動させた時に不要進行波が発生すると、不要進行波に起因する異音や出力低下の原因となる。 However, there are cases where bending vibration waves different from the preset n-th order (wave number n), such as (n-1)-th or (n+1)-th order bending vibration traveling waves, are generated during driving. Bending vibration waves outside these settings are called unwanted traveling waves. Causes of unwanted traveling waves include low accuracy of the contact surface between the vibrator and moving body, uneven mechanical vibration generated in the moving body, and uneven distribution of contact pressure between the vibrator and moving body. . If an unwanted traveling wave is generated when the vibration wave motor is driven, it causes abnormal noise and output reduction due to the unwanted traveling wave.
そのため、不要進行波の発生を低減する手段として、特許文献１には、円環状の移動体と接する側の振動板の面に放射状に溝が形成されており、その溝の深さが正弦波曲線に沿って変化している構成が開示されている。特許文献１のような構成にすることで、溝の深さが正弦波曲線に沿って変化すると、不要な進行波（不要進行波）は抑制される。
Therefore, as means for reducing the generation of unnecessary traveling waves, in
しかし、上述のように溝の深さを変化させると、溝の深さが大きい部分の振動板厚さは相対的に小さくなる。そのため、溝の深さが大きい部分と腹部が一致するような定在波の振動振幅が大きくなる。このような定在波（不要定在波）は、振動波モータの回転に対する寄与は無く、異音の発生や出力低下の原因となる。 However, when the depth of the groove is changed as described above, the thickness of the diaphragm becomes relatively small in the portion where the groove is deep. As a result, the vibration amplitude of the standing wave becomes large such that the deep portion of the groove coincides with the abdomen. Such standing waves (unwanted standing waves) do not contribute to the rotation of the vibration wave motor, and cause abnormal noise and output reduction.
一方、特許文献２には、振動子を安定して固定することを目的として、分離した支持部材を用いているが、溝の深さを正弦波曲線に沿って変化させている構成でないため、不要定在波は発生しないものの、不要進行波は発生しやすい。また、支持部材について、振動子の円周方向のどの位置に設けるかについての記載は無い。
On the other hand, in
本発明は、上述の課題に対処するためになされたものであり、十分な駆動速度を発揮し、不要進行波および不要定在波の発生がともに抑制される振動波モータ、ならびにそれを用いた駆動制御システムおよび光学機器を提供するものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to address the above-mentioned problems, and provides a vibratory wave motor capable of exhibiting a sufficient driving speed and suppressing the generation of both unwanted traveling waves and unwanted standing waves, and a vibration wave motor using the same. It provides drive control systems and optics.
上記課題を解決するための本発明の振動波モータは、
移動体と、
円環状の振動板と円環状の圧電素子を有する振動子と、
振動減衰部材と、
が順に設けられた振動波モータであって、
前記振動板は前記移動体側に、
前記円環状の振動板の中心から放射状に伸びる複数の溝部を有し、
前記複数の溝部のうち少なくとも一つは異なる深さであり、
前記振動減衰部材によって不均等に加圧され、前記振動波モータを駆動させたときに発生する定在波の腹部の一部または全部において前記定在波の腹部以外と比べ前記振動減衰部材によって強く加圧されていることを特徴とする。
上記課題を解決するための本発明の別の振動波モータは、
移動体と、
円環状の振動板と円環状の圧電素子を有する振動子と、
振動減衰部材と、
が順に設けられた振動波モータであって、
前記振動板は前記移動体側に、
前記円環状の振動板の中心から放射状に伸びる複数の溝部を有し、
前記複数の溝部のうち少なくとも一つは異なる深さであり、
前記振動板は前記移動体側に、放射状に伸びる溝部をＸ箇所に有し、前記Ｘ箇所の溝部の中心深さを円周方向に順にＤ１～ＤＸとしたとき、Ｄ１～ＤＸは１つ以上の正弦波を重ね合せた曲線に沿うように変化し、
前記振動減衰部材によって不均等に加圧され、前記正弦波の腹部の一部または全部において前記加圧が局所的に大きくなっていることを特徴とする。
The vibration wave motor of the present invention for solving the above problems is
a mobile object;
a vibrator having an annular diaphragm and an annular piezoelectric element;
a vibration damping member;
is a vibration wave motor provided in order,
The diaphragm is on the moving body side,
Having a plurality of grooves radially extending from the center of the annular diaphragm,
At least one of the plurality of grooves has a different depth,
Part or all of the abdomen of the standing wave which is unevenly pressurized by the vibration damping member and generated when the vibration wave motor is driven is stronger by the vibration damping member than other than the abdomen of the standing wave. It is characterized by being pressurized .
Another vibration wave motor of the present invention for solving the above problems is
a mobile object;
a vibrator having an annular diaphragm and an annular piezoelectric element;
a vibration damping member;
is a vibration wave motor provided in order,
The diaphragm is on the moving body side,
Having a plurality of grooves radially extending from the center of the annular diaphragm,
At least one of the plurality of grooves has a different depth,
The diaphragm has grooves extending radially at X points on the side of the moving body, and when the central depths of the grooves at the X points are D1 to DX in order in the circumferential direction, D1 to DX are one or more. It changes along a curve of superimposed sine waves,
The pressure is unevenly applied by the vibration damping member, and the pressure is locally increased in part or all of the abdomen of the sine wave.
上記課題を解決するための本発明の光学機器は、前記駆動制御システムを備えたことを特徴とする。 According to another aspect of the invention, there is provided an optical apparatus including the drive control system described above.
上記課題を解決するための本発明の電子機器は、前記振動波モータを備えたことを特徴とする。 According to another aspect of the invention, there is provided an electronic apparatus including the vibration wave motor.
本発明によれば、振動波モータ、あるいは前記振動波モータを用いた駆動制御システム、光学機器および電子機器において、十分な駆動速度を発揮しながら、不要進行波および不要定在波の発生を有効に抑制することができる。 According to the present invention, in a vibration wave motor, or a drive control system, an optical device, and an electronic device using the vibration wave motor, generation of unnecessary traveling waves and unnecessary standing waves can be effectively performed while exhibiting sufficient driving speed. can be suppressed to
以下、本発明の振動波モータと駆動制御システムおよび光学機器の実施形態について説明する。 Embodiments of the vibration wave motor, the drive control system, and the optical apparatus of the present invention will be described below.
（振動波モータおよび振動波モータに使用可能な振動子）
本発明の振動波モータは、
移動体と、
円環状の振動板と円環状の圧電素子を有する振動子と、
振動減衰部材と、
が順に設けられた振動波モータであって、
前記円環状の振動板の中心から放射状に伸びる複数の溝部を有し、
前記複数の溝部のうち少なくとも一つは異なる深さであり、
前記振動減衰部材によって不均等に加圧されていることを特徴とする。
(Oscillatory wave motors and vibrators that can be used for oscillatory wave motors)
The vibration wave motor of the present invention is
a mobile object;
a vibrator having an annular diaphragm and an annular piezoelectric element;
a vibration damping member;
is a vibration wave motor provided in order,
Having a plurality of grooves radially extending from the center of the annular diaphragm,
At least one of the plurality of grooves has a different depth,
The pressure is applied unevenly by the vibration damping member.
また本発明の振動波モータは、
移動体と、
円環状の振動板と円環状の圧電素子を有する振動子と、
振動減衰部材と、
が順に設けられた振動波モータであって、
前記振動板は前記移動体側に、放射状に伸びる溝部をＸ箇所に有し、前記Ｘ箇所の溝部の中心深さを円周方向に順にＤ１～ＤＸとしたとき、Ｄ１～ＤＸは１つ以上の正弦波を重ね合せた曲線に沿うように変化しており、
前記振動波モータを駆動させた時に発生する定在波の腹部の一部または全部において前記定在波の腹部以外と比べ前記振動減衰部材によって強く加圧されていることを特徴とする。
Further, the vibration wave motor of the present invention is
a mobile object;
a vibrator having an annular diaphragm and an annular piezoelectric element;
a vibration damping member;
is a vibration wave motor provided in order,
The diaphragm has grooves extending radially at X points on the side of the moving body, and when the central depths of the grooves at the X points are D1 to DX in order in the circumferential direction, D1 to DX are one or more. It changes along a curve of superimposed sine waves,
A part or the whole of the abdomen of the standing wave generated when the vibration wave motor is driven is pressed by the vibration damping member more strongly than other than the abdomen of the standing wave.
図１（ａ）及び１（ｂ）は、本発明の振動波モータの一実施形態を示す概略図である。図１（ａ）は、振動波モータを斜め方向から見た概略斜視図、図１（ｂ）は、振動波モータを複数の電極（パターン電極）が設けられた側から見た概略平面図である。ただし、図１（ｂ）では、振動減衰部材４と加圧部材５の表示を省略して透視したものとして図示している。また、図２は、本発明の振動波モータの一実施形態の細部の構成を側方から見た模式的部分側面図である。ここでいう側方とは当該円環から半径方向に離れた位置のことである。図１（ａ）に示すように、本発明の振動波モータは、振動子１と移動体２と振動減衰部材４と加圧部材５を備えている。また、前記振動子１は、円環状の振動板１０１と、振動板の第一の面（圧電素子側）に設けられた円環状の圧電素子１０２よりなる。
1(a) and 1(b) are schematic diagrams showing an embodiment of the vibration wave motor of the present invention. FIG. 1(a) is a schematic perspective view of the vibration wave motor viewed obliquely, and FIG. 1(b) is a schematic plan view of the vibration wave motor viewed from the side on which a plurality of electrodes (pattern electrodes) are provided. be. However, in FIG. 1(b), the illustration of the
（円環状）
本発明において、円環状とは、初めに述べたように、所定の厚みをもった円板が同心状の貫通孔を有する形態をいう。その円板および貫通孔の外周形状は、理想的には真円形であるが、模式的に円形とみなし得る限り、楕円形、長円形なども含む。円形が真円形でない場合の半径や直径は同面積の真円を仮定して決定する。円環の一部が欠けた形状、または円環の一部が突出した形状のような略円環状も、実質的に円環状とみなし得る限り、本発明の円環状に含める。従って、製造上のばらつきにより、僅かに変形した略円環状も、やはり実質的に円環状とみなし得る限り、本発明の円環状に含める。略円環状の場合の半径や直径は、その欠陥部や異常部を補った真円を仮定して決定する。
(circular)
In the present invention, the term "annular" refers to a shape in which a disc having a predetermined thickness has concentric through-holes, as described at the beginning. The outer peripheral shape of the disk and through-holes is ideally circular, but includes elliptical and elliptical shapes as long as they can be schematically regarded as circular. If the circle is not a perfect circle, the radius and diameter are determined assuming a perfect circle with the same area. A substantially circular shape such as a shape in which a part of the circular ring is missing or a shape in which a part of the circular ring protrudes is also included in the circular ring of the present invention as long as it can be regarded as a substantially circular ring. Therefore, a slightly deformed substantially circular ring due to manufacturing variations is also included in the circular ring of the present invention as long as it can be regarded as a substantially circular ring. The radius and diameter in the case of a substantially circular ring are determined by assuming a perfect circle that compensates for the defect or abnormal portion.
（振動減衰部材）
振動減衰部材４は、図１（ａ）に示すように、圧電素子１０２の面上に設けられている。振動減衰部材４を分離させて設けたり、厚みを不均一にしたりすることで、不要定在波の腹部を局所的に押さえ、定在波の腹部以外と比べ強く加圧されているため不要定在波の振幅を抑制することができる。つまり、振動減衰部材によって不均等に加圧することで、不要定在波の振幅を抑制することができる。前記複数の溝部のうち少なくとも一つは異なる深さである場合、定在波の腹部の位置は常に一定となる。そのため、定在波の腹部である振幅の大きな箇所を局所的に継続的に押さえることができる。
(Vibration damping member)
The
振動減衰部材４は、振動子の振動が加圧部材へ伝わりにくい振動絶縁性（除振性）の素材よりなり、例えば、フェルト、織物、ゴム、コルク、樹脂などを素材として用いることができる。これらの中でもフェルトは振動絶縁性が高く、安価で好ましい素材である。
The
（加圧部材）
加圧部材５は、加圧によって振動減衰部材を介して振動板１０１を移動体に向かって押しつけ、振動板１０１の第二の面（移動体側）と移動体の間に所定の力が印加される部材である。加圧部材５を押し付けた状態で固定することで、振動板１０１の第二の面と移動体の間に任意の力を印加することができる。
(Pressure member)
The
さらに、本発明の振動波モータにおいては、加圧部材５を分離させて設けたり、厚みを不均一にしたり、凹凸を設ける。そのことで、振動減衰部材４を介して振動子の不要定在波の腹部を局所的に抑え、不均等に加圧することで、不要定在波の振幅を抑制することができる。
Furthermore, in the vibration wave motor of the present invention, the pressing
加圧部材５は、例えば平らなワッシャを弓状に曲げて撓ませることで荷重を発生させる波ワッシャや、皿ばねなどのバネ５０１を、図１（ａ）に示すように円環状の平板５０２と重ねた構成にするのが良い。
The pressurizing
（振動子）
振動子１は、図１（ａ）に示すように、円環状の振動板１０１と、円環状の圧電素子１０２よりなり、移動体２と接触している。圧電素子は圧電材料と電極からなる。振動板１０１の外周が、測定箇所によって複数の外径を有する場合は、最大の外径を２Ｒとする。振動板１０１の第一の面は、平面であると、圧電素子１０２の伸縮にともなった振動の伝達が良好になるため、好ましい。振動板１０１の第一の面上に圧電素子１０２を設ける手段は限定されないが、振動の伝達を阻害しないように密着させるか、高弾性の接着層（図示を省略）を介在させて接着させることが好ましい。例えば、エポキシ系樹脂が接着層として好適に用いられる。
(oscillator)
As shown in FIG. 1(a), the
（移動体）
円環状の移動体２は円環状の振動子１に加圧部材５によって加圧接触させられ、振動子１との接触面に発生する進行波によって生じる摩擦がもたらす駆動力によって回転する。移動体２の振動子１との接触面は平面状であることが好ましい。移動体２は金属であることが好ましい。例えば、アルミニウムが移動体２の素材として好適に用いられる。
(moving object)
An annular moving
（圧電素子の構成）
円環状の圧電素子１０２は、図１（ａ）に示すように、円環状の一片の圧電セラミックス１０２１と、その一方の面上に設けられた共通電極１０２２と、他方の面上に設けられた複数の電極１０２３を有している。
(Structure of piezoelectric element)
As shown in FIG. 1(a), the ring-shaped
本発明において、圧電セラミックス１０２１とは、金属元素を有する原料粉末を焼成して得られる、組成が均一かつ繋ぎ目の無い塊（バルク体）であって、少なくともその一部の領域が分極処理されている。また、圧電セラミックス１０２１は、室温における圧電定数ｄ３１の絶対値が１０ｐｍ／Ｖまたは圧電定数ｄ３３が３０ｐＣ／Ｎ以上のセラミックスである。 In the present invention, the piezoelectric ceramic 1021 is a lump (bulk body) with a uniform composition and no joints obtained by sintering a raw material powder containing a metal element, and at least a part of the region is polarized. ing. Also, the piezoelectric ceramic 1021 is a ceramic whose absolute value of the piezoelectric constant d31 at room temperature is 10 pm/V or whose piezoelectric constant d33 is 30 pC/N or more.
圧電セラミックスの圧電定数は、当該セラミックスの密度ならびに共振周波数および***振周波数の測定結果から、電子情報技術産業協会規格（ＪＥＩＴＡ ＥＭ－４５０１）に基づいて、計算により求めることができる。以下、この方法を共振－***振法と呼ぶ。密度は、例えば、アルキメデス法により測定できる。共振周波数および***振周波数は、例えば、該セラミックスに一対の電極を設けた後に、インピーダンスアナライザを用いて測定できる。 The piezoelectric constant of piezoelectric ceramics can be obtained by calculation based on the Japan Electronics and Information Technology Industries Association standard (JEITA EM-4501) from the density of the ceramics and the results of measurement of resonance frequency and anti-resonance frequency. This method is hereinafter referred to as the resonance-antiresonance method. Density can be measured, for example, by the Archimedes method. The resonance frequency and anti-resonance frequency can be measured using an impedance analyzer, for example, after providing a pair of electrodes on the ceramics.
（圧電セラミックスにおける鉛の含有量）
圧電セラミックス１０２１は、鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満、すなわち非鉛系の圧電セラミックスであることが好ましい。
(Lead content in piezoelectric ceramics)
The piezoelectric ceramic 1021 preferably has a lead content of less than 1000 ppm, that is, is a lead-free piezoelectric ceramic.
従来の圧電セラミックスはそのほとんどがチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする。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、従来の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成す可能性が指摘されている。しかし、本発明の圧電セラミックス１０２１のように鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満であれば、鉛成分が環境に及ぼす影響を低く抑えることができる。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１０２１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。
Most of conventional piezoelectric ceramics are mainly composed of lead zirconate titanate. For this reason, it has been pointed out that, for example, when piezoelectric elements are discarded and exposed to acid rain or left in a harsh environment, the lead component in conventional piezoelectric ceramics may leach into the soil and harm the ecosystem. there is However, if the lead content is less than 1000 ppm as in the piezoelectric ceramic 1021 of the present invention, the influence of the lead component on the environment can be suppressed. The lead content can be evaluated by the lead content relative to the total weight of the
（ペロブスカイト型金属酸化物）
圧電セラミックス１０２１の主成分としては、ペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物（ペロブスカイト型金属酸化物）が好適である。
(Perovskite-type metal oxide)
A metal oxide having a perovskite-type crystal structure (perovskite-type metal oxide) is suitable as the main component of the
本発明において、ペロブスカイト型金属酸化物とは、岩波理化学辞典 第５版（岩波書店、１９９８年２月２０日発行）に記載されているような、理想的には立方晶構造であるペロブスカイト構造（ペロフスカイト構造とも言う）を持つ金属酸化物を指す。ペロブスカイト構造を持つ金属酸化物は一般にＡＢＯ３の化学式で表現される。Ｂサイトの元素とＯ元素のモル比は１対３で表記されているが、元素量の比が若干ずれた場合（例えば１．００対２．９４～１．００対３．０６）でも、金属酸化物がペロブスカイト構造を主相としていれば、ペロブスカイト型金属酸化物と言える。金属酸化物がペロブスカイト構造であることは、例えば、Ｘ線回折や電子線回折による構造解析から判断することができる。 In the present invention, the perovskite-type metal oxide means a perovskite structure (ideally a cubic crystal structure) as described in Iwanami Rikagaku Jiten 5th Edition (Iwanami Shoten, February 20, 1998). perovskite structure). A metal oxide having a perovskite structure is generally represented by the chemical formula ABO3. Although the molar ratio of the B-site element and the O element is expressed as 1:3, even if the ratio of the amount of the elements is slightly deviated (for example, 1.00:2.94 to 1.00:3.06), If a metal oxide has a perovskite structure as a main phase, it can be said to be a perovskite-type metal oxide. Whether the metal oxide has a perovskite structure can be determined, for example, from structural analysis using X-ray diffraction or electron beam diffraction.
（共通電極）
共通電極１０２２は、円環状の一片の圧電セラミックス１０２１の振動板１０１と対向する側の面、すなわち振動板１０１に接触する面または上に述べた接着層に接触する面に設けられている。共通電極１０２２は非駆動相電極１０２３２（図１（ｂ）参照）と導通していると、複数の電極１０２３の特定の領域のみで駆動電圧を印加できるようになるため、好ましい。共通電極は例えば銀等の金属ペーストを塗布し、乾燥または焼き付けることで形成可能である。
(common electrode)
The
（複数の電極）
電極１０２３は、図１（ｂ）に示すように、互いに電気的に独立した２つの駆動相電極１０２３１と１つ以上の非駆動相電極１０２３２と１つ以上の検知相電極１０２３３よりなる。
(multiple electrodes)
The
（検知相電極）
検知相電極１０２３３は、振動子１の振動状態を検知して、その振動状態の情報を外部、例えば駆動回路にフィードバックする目的で設けられている。検知相電極１０２３３と接する部分の圧電セラミックス１０２１には分極処理が施されている。そのため、振動波モータを駆動させると、振動子１の歪みの大きさに応じた電圧が検知相電極１０２３３の部分で発生して、検知信号として外部に出力される。
(detection phase electrode)
The
（非駆動相電極）
非駆動相電極１０２３２のうち少なくとも１つ以上は、共通電極１０２２と導通しているとグランド電極として使用することが可能となる。
(non-driven phase electrode)
At least one or more of the
非駆動相電極１０２３２と接する部分の圧電セラミックス１０２１は、残留分極を有していても、有していなくても良い。ただし、非駆動相電極１０２３２と接する部分の圧電セラミックス１０２１が残留分極を有している場合は、当該の非駆動相電極１０２３２と共通電極１０２２とが導通していることが好ましい。
A portion of the piezoelectric ceramic 1021 in contact with the
（駆動相電極）
各々の駆動相電極１０２３１は、図１（ｂ）に示すように、６つの分極用電極１０２３１１と前記６つの分極用電極１０２３１１を電気的に接続したつなぎ電極１０２３１２よりなる。
(drive phase electrode)
Each
図３は、本発明の振動波モータに用いられる円環状の圧電素子１０２における円周長と振動波の波長の関係を示す概略図である。図中の円環は圧電セラミックス１０２１の形状と実質、同一である。円環の面上で任意の位置を指定し、圧電素子１０２の円環形状と中心を同一として前記任意の位置を通過する円の直径を２Ｒａｒｂ（単位ｍｍ）とすると、前記円の円周長は２πＲａｒｂとなる。この円周長２πＲａｒｂを例えば７λとする。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the circumferential length of the annular
図４（ａ）及び４（ｂ）は、圧電素子１０２における分極用電極１０２３１１の配置と圧電セラミックス１０２１の極性を示す概略図であり、円環状の圧電素子１０２を複数の電極を設けた側から見たものである。ただし、図４（ａ）及び４（ｂ）では、説明の便宜上、つなぎ電極１０２３１２の表示を省略している。なお、図４（ａ）及び４（ｂ）の極性の組み合わせは一例であって、本発明を限定するものでは無い。
4(a) and 4(b) are schematic diagrams showing the arrangement of the
駆動相電極１０２３１と接する部分の圧電セラミックス１０２１は、駆動相電極１０２３１に対して略垂直な方向に残留分極を有している。残留分極を有している領域は、分極用電極１０２３１１と共通電極１０２２に狭持された領域における圧電セラミックス１０２１の一部であっても全部であっても構わない。振動波モータの駆動時の発生力を高める観点では、分極用電極１０２３１１と共通電極１０２２に狭持された全部の領域が残留分極を有していることが好ましい。本発明では、残留分極を有している領域を分極部と称する。残留分極とは圧電セラミックス１０２１に電圧を印加していない時に圧電セラミックス１０２１に残留している分極のことを指す。圧電セラミックス１０２１は、分極処理を施すことで、自発分極の方向が電圧印加方向に揃い、残留分極を有するようになる。圧電セラミックス１０２１が残留分極を有しているか否かは、圧電素子１０２を狭持する電極間に電界を印加し、印加電界Ｅと分極量Ｐ（Ｐ－Ｅヒステリシス曲線）を測定することにより、特定することができる。
A portion of the piezoelectric ceramic 1021 in contact with the
各駆動相電極１０２３１は６つの分極用電極１０２３１１を有しており、それに対応して、分極用電極１０２３１１と接する圧電セラミックス１０２１の部分、すなわち分極部も６つある。６つの分極部および分極用電極１０２３１１は、図４（ａ）及び４（ｂ）に示すように、未分極部を挟んで円周に沿って配置されている。分極部の極性は円周に沿って配置された順に見て交互に反転している。図４（ａ）及び４（ｂ）において、分極用電極１０２３１１の内側に記載された「＋」および「－」の記号は、残留分極の方向、すなわち極性を示している。本明細書においては、圧電素子１０２の製造工程における分極処理において正の電圧を印加した電極部に「＋」の記号を記載しているので、「＋」電極部分のみで圧電定数ｄ３３を測定すると負の値が検出される。同様に「－」電極部分では正の圧電定数ｄ３３が検出される。他方、図４（ｂ）において「０」の記号が表示されている電極部分または電極が設けられていない未分極部のみでは、室温における圧電定数ｄ３３はゼロまたはごく小さな値、例えば５ｐＣ／Ｎ以下しか検出されない。図４（ａ）及び４（ｂ）で例示した圧電素子１０２においては、圧電セラミックスは紙面に対して下向きに残留分極を有する領域と上向きに残留分極を有する領域を有する。領域によって残留分極の極性が異なることを確認する方法としては、圧電定数を測定して検出された値の正負で判断する方法やＰ－Ｅヒステリシス曲線における抗電界の原点からのシフト方向が逆であることを確かめる方法が挙げられる。
Each
各分極部の大きさは、実質的に等しいことが好ましい。また、各分極部（各分極用電極１０２３１１）は、投影面積で考えて差が２％未満であることが好ましい。一例として、円環状の圧電素子の円周を７等分した１つの円弧の長さをλとして、２つの駆動相電極の円周方向の長さはそれぞれ３λとする。そして、それらは円周方向にλ／４および３λ／４の長さを有する２つの間隔部により互いに円周方向に離隔され、前記非駆動相電極および前記検知相電極は前記２つの間隔部に設けられているように構成するとよい。 Preferably, the size of each polarization is substantially equal. In addition, it is preferable that the difference between the respective polarized portions (the electrodes for polarization 102311) is less than 2% in terms of projected area. As an example, let λ be the length of one circular arc obtained by dividing the circumference of the annular piezoelectric element into seven equal parts, and let 3λ be the length of each of the two drive phase electrodes in the circumferential direction. and they are circumferentially separated from each other by two spaces having lengths of λ/4 and 3λ/4 in the circumferential direction, and the non-drive phase electrode and the sensing phase electrode are spaced between the two spaces. It is preferable to configure as provided.
（電極の特性、素材、形成方法）
分極用電極１０２３１１、非駆動相電極１０２３２、検知相電極１０２３３、つなぎ電極１０２３１２は、抵抗値が１０Ω未満、好ましくは１Ω未満の層状あるいは膜状の導電体からなる。電極の抵抗値は、例えば回路計（電気テスター）で測定することで評価できる。各電極の厚みは５ｎｍから２０μｍ程度である。その材質は特に限定されず、圧電素子に通常用いられているものであればよい。
(Electrode characteristics, material, formation method)
The
電極の材料としては、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属およびこれらの化合物を挙げることができる。前記電極は、これらのうちの１種からなるものであっても、あるいはこれらの２種以上を積層してなるものであってもよい。また、圧電素子に配置された各電極が、それぞれ異なる材料であっても良い。これらのうち、本発明に用いる電極としては、ＡｇペーストやＡｇの焼きつけ電極、Ａｕ／Ｔｉのスパッタリング電極などが、抵抗値が小さいため好ましい。 Examples of electrode materials include metals such as Ti, Pt, Ta, Ir, Sr, In, Sn, Au, Al, Fe, Cr, Ni, Pd, Ag, and Cu, and compounds thereof. The electrode may consist of one of these, or may consist of a laminate of two or more of these. Moreover, each electrode arranged on the piezoelectric element may be made of a different material. Among these, Ag paste, baked Ag electrodes, Au/Ti sputtering electrodes, and the like are preferable as the electrodes used in the present invention because of their small resistance values.
（振動板の構成）
前記円環状の振動板の第二の面は、前記円環状の振動板の中心から放射状に伸びる複数の溝部を有し、前記複数の溝部のうち少なくとも一つは異なる深さである。
(Structure of diaphragm)
The second surface of the annular diaphragm has a plurality of grooves radially extending from the center of the annular diaphragm, and at least one of the plurality of grooves has a different depth.
さらに、前記円環状の振動板の第二の面は、放射状に伸びる溝部をＸ箇所に有し、前記Ｘ箇所の溝部の中心深さを円周方向に順にＤ１～ＤＸとしたとき、Ｄ１～ＤＸは１つ以上の正弦波を重ね合せた曲線に沿うように変化していることが好ましい。 Further, the second surface of the annular diaphragm has grooves extending radially at X locations, and when the center depths of the grooves at the X locations are D1 to DX in order in the circumferential direction, D1 to Preferably, DX varies along a curve of one or more superimposed sine waves.
（突起部と溝部の数）
図２に示すように、移動体２と接触する振動板１０１の第二の面は、放射状に伸びる断面Ｕ字形の溝部１０１２を複数本有する。ここでいう「断面Ｕ字形」とは、当該振動板の第二の面に対して、実質的に垂直な両壁面と実質的に水平な底面を有する断面形状をいう。ただし、底面と各壁面とが丸く滑らかに接続している所謂Ｕ字形状に限らない。底面と各壁面とが直角に角をなして接続している所謂矩形状や、それらの中間的形状、あるいはそれらからの多少の変形など、所謂Ｕ字形状に準ずる形状であって「断面Ｕ字形」とみなし得るものを広く含む。
(Number of protrusions and grooves)
As shown in FIG. 2, the second surface of
図５（ａ）は、振動板１０１を移動体２と接触する面（第二の面）の側から見た模式的部分平面図であり、図５（ｂ）－５（ｄ）は、本発明に含まれる断面Ｕ字形の溝部の断面形状の例を示したものである。
FIG. 5(a) is a schematic partial plan view of the
（突起部）
振動板１０１の第二の面は、放射状に設けられた複数の溝部１０１２を有し、隣接する２つの溝部の間にはそれらを隔てる突起部１０１１が設けられている。そして、放射状に伸びる複数の溝部１０１２が円周方向に配列されるのであるから、その間に形成される突起部１０１１の数は溝部と同じである。突起部１０１１の上面は、当該円環状振動体の第二の面に相当し、各溝部の深さを定義する際の基準面ともなり、凹部である溝部に対しては凸部とみなせるため、これを「突起部」ということにする。
(protrusion)
The second surface of the
（中心深さ）
本発明の溝部１０１２の中心深さは、少なくとも一つは異なる深さであることが特徴である。ただし図２においては同じ中心深さとして描画している。ここでいう「中心深さ」とは、個々の溝部を移動体側から見たときの中心位置における深さのことである。すなわち、半径方向にも円周方向にも個々の溝部の中央に当たる位置における、突起部の頂面（振動体の第二の面）から測った当該溝の深さということになる。通常、溝部１０１２の底面は、振動板１０１の第二の面に全体として平行であり、半径方向（溝が伸びる方向）には全体として平らである。また、円周方向（溝が配列される方向）には全体として平らであるか、中央部が平らで両側部（壁面近傍）が盛り上がった凹面状であるから、中心深さは、個々の溝部の最深部の深さを意味することになる。ただし、それは個々の溝部の底面形状がどのようになっているかによって異なるわけであるから、必ずしも最深部の深さを意味するとは限らず、例えば、深さの中央値（底面が一方向に傾斜している場合）を意味することもあり得る。もっとも、当該中心位置における深さが通常は当該溝部の深さの代表値としての意味をもたない値である（例えば特異点である）場合には、当該中心位置に近い他の点における深さであって、その溝部の深さを代表する値を中心深さとする。なお、全ての溝部について、深さの測定位置が固定されている以上、各溝部の底面が同様の形状を有するのであれば、中心深さのもつ意義は全ての溝部で同等となる。
(center depth)
At least one central depth of the
Ｘ箇所の溝部１０１２の中心深さを振動板の円周方向に順にそれぞれＤ１～ＤＸ（単位ｍｍ）とする。本発明においてＤ１～ＤＸは、１つ以上の正弦波を重ね合せた曲線に沿うように変化していることが好ましい。
The center depths of the
例えば、本発明が目的とする円環に沿った７波の進行波に対して不要進行波となる４次、５次、６次、８次（円環に沿った波数が４、５、６、８）の進行波を抑制する場合は、１つ以上４つ以下の正弦波を重ね合せた曲線にそってＤ１～ＤＸを変化させると良い。その場合の正弦波を重ね合せた曲線の一般式は以下の数式（１）のようになる。
Ｄ＝Ｄａｖｅ＋Ａｍ４×ｓｉｎ（４×２×ω＋θ４）＋Ａｍ５×ｓｉｎ（５×２×ω＋θ５）＋Ａｍ６×ｓｉｎ（６×２×ω＋θ６）＋Ａｍ８×ｓｉｎ（８×２×ω＋θ８） 数式（１）
For example, for the 7 traveling waves along the ring targeted by the present invention, the 4th, 5th, 6th, and 8th order (wave numbers along the ring are 4, 5, 6) which become unnecessary traveling waves. , 8), it is preferable to change D1 to DX along a curve obtained by superimposing one to four sine waves. A general formula for a curve obtained by superimposing sine waves in that case is given by the following formula (1).
D = Dave + Am4xsin( 4x2xω +θ4) + Am5xsin (5x2xω+θ5)+ Am6xsin ( 6x2xω +θ6)+ Am8xsin ( 8x2xω +θ 8 ) Formula (1)
数式（１）において、ωは円環状の振動板１０１の放射状に伸びる溝の中心線位置を示す角度である。θは位相差を示す角度であり、実施形態によって後述の条件を満たすように適宜決定される。Ｄ（単位ｍｍ）は円環状の振動板１０１の任意の溝の中心位置における理想的な溝の深さを示すものであって、Ｄ１～ＤＸはＤ±０．１ｍｍとする。また、Ｄ１～ＤＸの大小関係は、数式（１）で算出したＤと一致している。Ｄａｖｅ（単位ｍｍ）は、Ｄ１～ＤＸの平均値として別途設定される溝部１０１２の標準深さである。
In Equation (1), ω is an angle indicating the position of the center line of the radially extending grooves of the
Ａｍ（単位ｍｍ）は、溝部の中心深さの変化を表す曲線において、重ね合わされる各正弦波の振幅となる実数であり、添え字は低減を意図する不要進行波の次数（波数）を示している。Ａｍ４、Ａｍ５、Ａｍ６、Ａｍ８のうち、少なくとも１つ以上は０以外の値を取る。０以外の振幅を有する正弦波の数が、正弦波の重ね合せの数である。正弦波の重ね合せの数は、１つ以上であれば上限は特に定められないが、５つ以上の正弦波を重ね合せても不要進行波を低減する効果があまり向上せず、モータ駆動の効率が低下するおそれがある。よって、正弦波の重ね合せの数は１以上４以下が好ましい。より好ましい正弦波の重ね合せの数は２以上４以下である。 Am (unit: mm) is a real number that is the amplitude of each superimposed sine wave in the curve representing the change in the center depth of the groove, and the subscript indicates the order (wave number) of the unwanted traveling wave that is intended to be reduced. ing. At least one of Am4, Am5, Am6, and Am8 takes a value other than zero. The number of sine waves with non-zero amplitude is the number of sine wave superpositions. There is no particular upper limit to the number of superimposed sine waves, as long as it is one or more. Efficiency may decrease. Therefore, the number of sine waves superimposed is preferably 1 or more and 4 or less. More preferably, the number of sine wave superpositions is 2 or more and 4 or less.
図６（ａ）－６（ｆ）は、それぞれ、本発明の振動波モータの一実施形態における振動板の溝部の中心深さの変化の様子を示す概略図である。図６（ａ）、６（ｃ）及び６（ｅ）は、Ｘ＝９０を仮定したときの各溝部の中心深さと標準深さＤａｖｅの差分を示す一例である。プロットの横軸は９０本の溝部の順番（以下、溝番号と呼ぶ）を示している。０番は本来存在しないが、プロット上では９０番目の溝部の深さを２回示すために便宜上用いている。図６（ａ）及び６（ｃ）における各溝部の深さのプロットは、いずれの場合も２つの正弦波を重ね合せた曲線に沿っている。また図６（ｅ）における各溝部の深さのプロットは、４つの正弦波を重ね合せた曲線に沿っている。図７（ａ）、７（ｂ）、７（ｃ）、７（ｄ）は、それぞれ４次、５次、６次、８次の進行波を抑制するための溝深さを表す。これらの正弦波を重ね合わせると、図６（ｅ）に示す曲線となる。
FIGS. 6(a) to 6(f) are schematic diagrams showing how the center depth of the groove portion of the diaphragm changes in one embodiment of the vibration wave motor of the present invention. FIGS. 6(a), 6(c) and 6(e) are examples showing the difference between the center depth of each groove and the standard depth Dave when X=90. The horizontal axis of the plot indicates the order of the 90 grooves (hereinafter referred to as groove number). The
図６（ｂ）は、図６（ａ）で示した各溝部の中心深さを標準深さＤａｖｅ＝１．８５ｍｍとして、図６（ｆ）は、図６（ｅ）で示した各溝部の中心深さを標準深さＤａｖｅ＝１．８５ｍｍとしたものである。各図は、それぞれ振動板１０１に適用した場合の突起部と溝部の高さや深さの関係をグラフプロットして示す模式図である。また図６（ｄ）は、図６（ｃ）で示した各溝部の中心深さを標準深さＤａｖｅ＝１．６５ｍｍとして、振動板１０１に適用した場合の突起部と溝部の高さや深さの関係をグラフプロットして示す模式図である。これらの例において振動板の第一の面を起点とした各突起部の高さは等しい。プロットの横軸は９０本の溝部の位置（伸びる方向）を円環の中心から見た角度で示している。横軸の値は相対的なものであるが、図６（ｂ）においては、図６（ａ）における８９番の溝の端部を起点としている。また、図６（ｄ）においては、図６（ｃ）における８９番の溝の端部を起点とし、図６（ｆ）においては、図６（ｅ）における８９番の溝の端部を起点としている。
6(b) shows the center depth of each groove shown in FIG. 6(a) as the standard depth Dave=1.85 mm, and FIG. The central depth is the standard depth Dave=1.85 mm. Each figure is a schematic diagram showing the relationship between the height and depth of the protrusion and the groove when applied to the
図６（ａ）－６（ｆ）のような溝深さにすることで、７次の進行波に対して、選択した不要な進行波（４次、５次、６次、８次）の発生が大幅に抑制される。例えば、４次の不要進行波のみに着目すると、数式（１）の第２項にも示されるように溝部の中心深さは円周に対して８箇所の極大部（深部）と８箇所の極小部（浅部）を均等間隔（π／４の角度）で有するようになる。２つの駆動相電極部で発生する各々の定在波の腹の位置もπ／４の角度でずれているので、一方の定在波は弾性率の低い箇所で振動するために、共振周波数が低周波側にシフトする。他方の定在波は弾性率の高い箇所で振動するために、共振周波数が高周波側にシフトする。相互の定在波の共振周波数が分離するために、結果として、４次の進行波（不要進行波）は発生しなくなる。他の次数の不要進行波についても、抑制の機構は同じである。 By making groove depths as shown in FIGS. Occurrence is greatly suppressed. For example, focusing only on the 4th-order unwanted traveling wave, as shown in the second term of the formula (1), the depth of the center of the groove is 8 maxima (deep) and 8 It comes to have minimum portions (shallow portions) at regular intervals (angle of π/4). Since the positions of the antinodes of the standing waves generated by the two driving phase electrode portions are also shifted by an angle of π/4, one of the standing waves oscillates at a location with a low elastic modulus, resulting in a resonance frequency of Shift to the low frequency side. The other standing wave oscillates at a location with a high elastic modulus, so the resonance frequency shifts to the high frequency side. Since the resonance frequencies of the standing waves are separated from each other, as a result, the fourth-order traveling wave (unwanted traveling wave) is not generated. The suppression mechanism is the same for unwanted traveling waves of other orders.
振動波モータの振動板１０１におけるＸ箇所の溝部１０１２の中心深さが、少なくとも一つは異なる深さであり、１つ以上の正弦波を重ね合わせた曲線に沿って変化していることを確かめる方法として、以下の方法を例示できる。まず、振動板の外径側の円周長に対する各溝の中心部の座標と深さを実測する。横軸に溝部の座標、縦軸に実測深さを取り、プロット間を補完して、全ての座標に溝深さが存在するような曲線を仮定する。この曲線をフーリエ変換すると、正弦波の存在と個数が分かる。
Make sure that at least one of the center depths of the
（検知相電極と溝の中心深さの関係）
Ｘ箇所の溝部１０１２のうち、検知相電極１０２３３に最も近接する溝部の中心深さをＤｓｅｎとする。ここで「ｓｅｎ」は自然数であり、１以上Ｘ以下である。最も近接する溝部は、検知相電極１０２３３の中心を基準点として決定する。最も近接する溝部に隣接する２つの溝部の中心深さをＤｓｅｎ－１、Ｄｓｅｎ＋１とする。この時、｜Ｄｓｅｎ＋１－Ｄｓｅｎ－１｜／Ｄｓｅｎが５％以下であることが好ましい。｜Ｄｓｅｎ＋１－Ｄｓｅｎ－１｜／Ｄｓｅｎ≦２％であると、なお好ましい。３つの溝部の中心深さの関係を前記の範囲内にすることで、検知相電極１０２３３を中心とした両隣の溝部の中心深さが近くなる。その結果、振動波モータの駆動時の検知相電極１０２３３近傍での振動子１の振幅は、時計回りの駆動であっても反時計回りの駆動であっても同程度となり、駆動回路による振動波モータの駆動制御が容易となる。
(Relationship between detection phase electrode and center depth of groove)
Let Dsen be the central depth of the groove portion closest to the
（振動板の材質）
振動板１０１は、圧電素子１０２と一体となって曲げ振動の進行波を形成し、移動体２に振動を伝達するという目的から、弾性体であることが好ましい。また、振動板１０１は弾性体としての性質およ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１０１に使用可能な金属としては、アルミ、真鍮、Ｆｅ－Ｎｉ３６％合金、ステンレス鋼を例示できる。このうち、本発明で用いる室温におけるヤング率が１００ＧＰａ以上１３５ＧＰａ以下の圧電セラミックス１０２１と組み合わせて、高い回転速度を得られるのはステンレス鋼である。ここでいうステンレス鋼とは、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している。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が振動板１０１の材質として最も好ましい。
(Material of diaphragm)
The
（振動減衰部材の形状）
図８（ａ）、８（ｂ）、８（ｃ）は、駆動中のある時刻における振動波モータの様子を模式的に示す斜視図である。それぞれ振動減衰部材４と加圧部材５の形状が異なる場合の一実施形態であり、いずれの形態でも本発明の効果が得られる。また、図８（ａ）、８（ｂ）、８（ｃ）は、振動波モータを斜め方向から見た図で、実際には振動子と移動体と振動減衰部材は加圧部材によって加圧接触されているが、それぞれ円環の中心軸方向に分離して図示している。ただし、圧電素子の電極の図示は省略している。
(Shape of vibration damping member)
8(a), 8(b), and 8(c) are perspective views schematically showing the state of the vibration wave motor at a certain time during driving. This is an embodiment in which the shapes of the
振動板は７次の進行波以外の４次、５次、６次、８次の進行波を抑制するために、溝深さは４次、５次、６次、８次の正弦波を重ね合わせた曲線に沿って変化している。 In order to suppress the 4th, 5th, 6th and 8th order traveling waves other than the 7th order traveling wave, the diaphragm depth is set so that the 4th, 5th, 6th and 8th order sine waves overlap. Varying along the fitted curve.
図８の振動子１は、振動波モータを駆動させたときに発生する６次の不要定在波の振幅が最大となるときの変形状態を表しており、６次の不要定在波の腹の位置（腹部）を抑えるように振動減衰部材４が設けられている。ただし、振動子１の変形量については変形倍率を大きくして図示している。図８のように、定在波の腹部の一部または全部に相応する位置に振動減衰部材４を設けることにより、加圧部材５による加圧が不均等になり、振動減衰部材４の位置で局所的に大きくなる。
The
振動波モータを駆動させたときに発生する任意の次数の定在波の腹部の位置を確かめるには、まず振動子のみの状態で、該振動子の駆動相電極に小電圧の入力信号（例えば１Ｖ～１０Ｖの交流電圧）を入力する。そして、例えばレーザードップラー振動計を用いて入力信号の周波数を変化させながら振動子の全ての溝部、もしくは突起部の振動振幅を測定することで確かめられる。振動振幅が極小となる点が節で、その位置を節部と言い、振動振幅が極大となる点が腹で、その位置を腹部と言う。 In order to confirm the position of the antinode of the standing wave of arbitrary order generated when the vibration wave motor is driven, first, with the vibrator alone, a small voltage input signal (for example, AC voltage of 1V to 10V) is input. Then, it can be confirmed by measuring the vibration amplitude of all the grooves or projections of the vibrator while changing the frequency of the input signal using, for example, a laser Doppler vibrometer. The point at which the vibration amplitude is minimum is called a node, and the position thereof is called a node.
同じ次数の不要定在波が、複数の周波数で異なる場所に現れる場合は、それぞれの定在波の腹部を抑えるように振動減衰部材４を設ければ良い。振動振幅が大きい方の不要定在波を選択して、その腹部を抑えるように振動減衰部材４を設けても良い。
If unwanted standing waves of the same order appear at different locations at a plurality of frequencies, the
振動減衰部材を設ける場所は別の方法で決めても良い。 The location of the vibration damping member may be determined in another manner.
本発明の振動波モータは、振動子と移動体と振動減衰部材と加圧部材を備えた振動波モータであって、前記振動子は、円環状の振動板と、該振動板の第一の面上に設けられた円環状の圧電素子よりなる。前記振動板は前記第一の面とは反対側の第二の面で前記移動体と接触している。また、前記圧電素子は、円環状の一片の圧電セラミックスと、該圧電セラミックスの前記振動板と対向する面上に設けられた共通電極と、圧電セラミックスの共通電極が設けられた面とは反対側の面上に設けられた複数の電極とを有している。 A vibration wave motor of the present invention is a vibration wave motor comprising a vibrator, a moving body, a vibration damping member, and a pressure member, wherein the vibrator comprises an annular vibrating plate and a first portion of the vibrating plate. It consists of an annular piezoelectric element provided on the surface. The diaphragm is in contact with the moving body on the second surface opposite to the first surface. The piezoelectric element includes a piece of circular ring-shaped piezoelectric ceramics, a common electrode provided on a surface of the piezoelectric ceramics facing the diaphragm, and a surface of the piezoelectric ceramics opposite to the surface on which the common electrode is provided. and a plurality of electrodes provided on the surface of the
円環状の振動板の第二の面は、放射状に伸びる溝部をＸ箇所に有し、前記Ｘ箇所の溝部の中心深さを円周方向に順にＤ１～ＤＸとしたとき、Ｄ１～ＤＸは１つ以上の正弦波を重ね合せた曲線に沿うように変化していることが好ましい。そして正弦波の腹部の一部または全部において前記加圧が局所的に大きくなっていることが好ましい。 The second surface of the annular diaphragm has grooves extending radially at X locations. It is preferable to change along a curve obtained by superimposing one or more sine waves. It is preferable that the pressure is locally increased in part or all of the abdomen of the sinusoidal wave.
図７（ｃ）は６次の進行波を抑制するための溝深さを表しており、溝深さは数式（１）で表される正弦波曲線に沿うように変化している。 FIG. 7(c) shows the groove depth for suppressing the sixth-order traveling wave, and the groove depth changes along the sinusoidal curve represented by the formula (1).
溝深さが極大となる部分を腹とする６次の不要定在波は、振動振幅が大きくなりやすい。そのため、その６次の不要定在波の腹部、すなわち図７（ｃ）の正弦波の腹部に振動減衰部材を設けることで、不要定在波の腹部を抑えて振動振幅を小さくすることができる。これにより、異音の発生や出力低下を抑制できる。 The sixth-order unwanted standing wave whose antinode is the portion where the groove depth is maximum tends to have a large vibration amplitude. Therefore, by providing a vibration damping member in the abdomen of the sixth order unwanted standing wave, that is, the abdomen of the sine wave in FIG. . As a result, it is possible to suppress the occurrence of noise and the decrease in output.
図８（ｂ）のように、一片の振動減衰部材において、振動波モータを駆動させたときに発生する定在波の腹部の一部または全部において、振動減衰部材の厚みを厚くすることで、加圧が局所的に大きくなっているような構成にしても良い。 As shown in FIG. 8B, in one piece of vibration damping member, by increasing the thickness of the vibration damping member in part or all of the abdomen of the standing wave generated when the vibration wave motor is driven, A configuration in which the pressure is increased locally may be employed.
本発明の振動波モータにおいて、前記振動減衰部材と前記圧電素子の接触部は、複数の箇所に分離していることが好ましい。図８（ａ）のように、前記振動減衰部材と前記圧電素子の接触部は、複数の箇所に分離していることで、図８（ｂ）の構成よりも、より局所的に加圧できるため不要定在波をより効果的に抑制できる。 In the vibration wave motor of the present invention, it is preferable that the contact portion between the vibration damping member and the piezoelectric element is separated at a plurality of locations. As shown in FIG. 8(a), the contact portion between the vibration damping member and the piezoelectric element is separated into a plurality of locations, so that more local pressure can be applied than in the configuration of FIG. 8(b). Therefore, unwanted standing waves can be suppressed more effectively.
振動減衰部材４は、図８（ｂ）、８（ｃ）の例では円環形状であるが、図８（ａ）のように分離した場合は、各々の振動減衰部材４は扇形となる。
The
上記構成例では、前記振動波モータを駆動させたときに発生する定在波の腹部の全部において前記加圧が局所的に大きくなるようにした。ほかにも、前記振動波モータを駆動させたときに発生する定在波の腹部の一部において前記加圧が局所的に大きくなるようにしても同様の効果は得られる。ただし、不要定在波をより効果的に抑制するためには、前記振動波モータを駆動させたときに発生する定在波の腹部の全部において前記加圧が局所的に大きくなるようにするのが良い。 In the above configuration example, the pressure is locally increased in the entire abdomen of the standing wave generated when the vibration wave motor is driven. In addition, the same effect can be obtained by locally increasing the pressure in a portion of the abdomen of the standing wave generated when the vibration wave motor is driven. However, in order to suppress the unwanted standing wave more effectively, it is necessary to locally increase the pressure in the entire abdomen of the standing wave generated when the vibration wave motor is driven. is good.
（加圧が局所的）
ここで、想定通りの場所で、局所的に加圧が大きくなっているかどうかは、例えば感圧紙やフィルム状の圧力センサーなどを振動子と振動減衰部材の間に入れて加圧部材により加圧することで確認できる。
(localized pressurization)
Here, whether or not the pressure is locally increased at the place as expected can be checked by inserting, for example, a pressure-sensitive paper or a film-like pressure sensor between the vibrator and the vibration damping member and applying pressure with the pressure member. can be confirmed by
（振動減衰部材の円周方向の長さ）
振動減衰部材を分離して設ける場合、それぞれの振動減衰部材の円周方向の長さは、出来るだけ短い方が好ましい。不要定在波をより効果的に抑制するためには、前記振動波モータを駆動させたときに発生するＮ次の定在波の波長をＰＮとすると、Ｎ次の定在波の腹部を中心にＰＮ／４より短い方が好ましい。これにより、前記加圧がより局所的に大きくなるため、不要定在波がより抑制される。また、加工性の観点から、振動減衰部材の円周方向の長さの最短部は１ｍｍ以上であることが好ましい。
(Circumferential length of vibration damping member)
When the vibration damping members are provided separately, it is preferable that the circumferential length of each vibration damping member is as short as possible. In order to suppress the unwanted standing wave more effectively, if PN is the wavelength of the N-th order standing wave generated when the vibration wave motor is driven, the center of the N-th order standing wave is an antinode. is preferably shorter than PN/4. As a result, the pressure is increased locally, so that unwanted standing waves are further suppressed. From the standpoint of workability, the shortest portion of the vibration damping member in the circumferential direction is preferably 1 mm or more.
（振動減衰部材の厚みと幅）
振動減衰部材の厚みは、０．３ｍｍ以上で２ｍｍ以下であることが好ましい。
(Thickness and width of vibration damping member)
The thickness of the vibration damping member is preferably 0.3 mm or more and 2 mm or less.
加圧部材が振動すると異音になるため、振動子の振動が振動減衰部材を通して加圧部材に伝わらないようにするために、０．３ｍｍ以上であることが好ましい。また、振動子の振動が移動体に伝わる際に、振動減衰部材の厚みが厚いと、振動波モータを駆動するための所望次数（例えば７次）の進行波を吸収し過ぎて、移動体に反力としての力を伝えにくくなる。好ましい振動減衰部材の厚みは２ｍｍ以下である。 When the pressure member vibrates, noise is generated. Therefore, the thickness is preferably 0.3 mm or more in order to prevent the vibration of the vibrator from being transmitted to the pressure member through the vibration damping member. In addition, when the vibration of the vibrator is transmitted to the moving body, if the thickness of the vibration damping member is thick, the traveling wave of the desired order (for example, seventh order) for driving the vibration wave motor is absorbed too much, and the moving body does not transmit the vibration. It becomes difficult to transmit the force as a reaction force. A preferable thickness of the vibration damping member is 2 mm or less.
また、振動減衰部材の内径は、圧電素子の内径より大きいことが好ましく、振動減衰部材の外径は圧電素子の外径以下であることが好ましい。振動減衰部材の外径が圧電素子より大きいと、振動減衰部材の外縁部が圧電素子の振動を阻害するおそれがある。 Also, the inner diameter of the vibration damping member is preferably larger than the inner diameter of the piezoelectric element, and the outer diameter of the vibration damping member is preferably equal to or less than the outer diameter of the piezoelectric element. If the outer diameter of the vibration damping member is larger than that of the piezoelectric element, the outer edge of the vibration damping member may interfere with the vibration of the piezoelectric element.
以上、振動減衰部材の内径と外径について述べたが、分離して設ける場合も同様で、内径は圧電素子の内径より大きく、外径は圧電素子の外径より小さい方が好ましい。 The inner diameter and the outer diameter of the vibration damping member have been described above, but the same applies to the case where they are provided separately.
（加圧部材の形状）
本発明の振動波モータは、前記加圧部材が、前記定在波の腹部を加圧する箇所に凸部を有する構成をとることができる。
(Shape of pressure member)
In the vibration wave motor of the present invention, the pressurizing member may have a convex portion at a portion pressurizing the abdomen of the standing wave.
図８（ｃ）は、加圧部材を構成する円環状の平らな板に凸部５０２１を設けている。凸部５０２１は、プレス加工などにより設けることができ、その位置は振動子の６次の不要定在波の腹部の全部である。加圧部材が、定在波の腹部を加圧する箇所に凸部５０２１を有することで、振動波モータを駆動させたときに発生する定在波（不要定在波）の腹部の一部または全部において前記加圧が局所的に大きくなる。不要定在波の腹部を抑えて、不要定在波の振動振幅を小さくできる。これにより、不要定在波の異音の発生や出力低下を抑制できる。
In FIG. 8C, a
ここで、図８（ｃ）では、一片の加圧部材を設けたが、図８（ａ）の振動減衰部材のように、分離した加圧部材を用いて、振動波モータを駆動させたときに発生する定在波の腹部の一部または全部において加圧部材を設けてもよい。そのように構成することで、前記加圧が局所的に大きくなるようにしても良い。また凸部は、局所的に加圧できる構造であれば良く、三角状に盛り上がった形状や球状に盛り上がった形状でも良い。 Here, in FIG. 8(c), one piece of pressure member is provided, but when the vibration wave motor is driven using a separate pressure member like the vibration damping member in FIG. 8(a), A pressure member may be provided in part or all of the abdomen of the standing wave generated in the . With such a configuration, the pressure may be increased locally. Also, the convex portion may have any structure as long as it can be locally pressurized, and may have a triangular raised shape or a spherical raised shape.
（加圧部材の凸部の円周方向の長さ、厚み、幅）
加圧部材に凸部５０２１を設ける場合、それぞれの加圧部材の円周方向の長さは、出来るだけ短い方が好ましい。不要定在波をより効果的に抑制するためには、前記振動波モータを駆動させたときに発生するＮ次の定在波の波長をＰＮとすると、Ｎ次の定在波の腹部を中心にＰＮ／４より短い方が好ましい。これにより、前記加圧がより局所的に大きくなるため、不要定在波がより抑制される。また、加工性の観点から、加圧部材の凸部５０２１の円周方向の長さの最短部は１ｍｍ以上であることが好ましい。
(Circumferential length, thickness and width of convex portion of pressurizing member)
When the pressure member is provided with the
また、加圧部材の厚みは、１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であることが好ましい。加圧部材の厚みが１ｍｍ以上であると、例えばプレス加工などによる加工が容易となる。加圧部材の厚みが１０ｍｍを超えると振動波モータが大型化するため、例えば小型の光学機器などに適用しにくくなる。 Moreover, the thickness of the pressing member is preferably 1 mm or more and 10 mm or less. When the thickness of the pressurizing member is 1 mm or more, it becomes easy to work by, for example, pressing. When the thickness of the pressure member exceeds 10 mm, the vibration wave motor becomes large, and thus it becomes difficult to apply it to, for example, a small optical device.
また、加圧部材の内径は、振動減衰部材の内径とほぼ同じにすることが好ましい。加圧部材の内径を振動減衰部材の内径とほぼ同じにすることで、加圧部材を振動減衰部材に隣接して設けるときの位置合わせが容易になる。 Moreover, it is preferable that the inner diameter of the pressurizing member is substantially the same as the inner diameter of the vibration damping member. By making the inner diameter of the pressurizing member approximately the same as the inner diameter of the vibration damping member, alignment is facilitated when the pressurizing member is provided adjacent to the vibration damping member.
尚、図８（ａ）―（ｃ）では、本発明の実施形態の一例として、６次の不要定在波を抑制する方法について説明した。その他の次数の不要定在波を抑制する方法も同様の方法によって実施すれば良く、抑制したい次数の不要定在波の一部または全部において加圧部材による加圧が局所的に大きくなるようにすれば良い。 Incidentally, in FIGS. 8A to 8C, the method of suppressing the sixth-order unwanted standing wave has been described as an example of the embodiment of the present invention. The method of suppressing unwanted standing waves of other orders may be carried out by a similar method, and the pressure by the pressurizing member may be locally increased in part or all of the unwanted standing waves of orders to be suppressed. do it.
さらに、本説明では、７次の曲げ振動波を利用する振動波モータを例にとってきたが、本発明は、別の次数の曲げ振動波を利用する場合にも適用可能である。例えば、６次の曲げ振動波を利用する振動波モータにおいて、６次以外の不要定在波を抑制しても良い。抑制したい不要定在波の一部または全部において加圧部材による加圧が局所的に大きくなるようにすれば良い。同様に８次、１１次等の任意の曲げ振動波を利用する振動波モータにも本発明を適用できる。 Furthermore, although the present description has taken the example of a vibration wave motor that utilizes bending vibration waves of the seventh order, the present invention is also applicable to the use of bending vibration waves of other orders. For example, in a vibration wave motor that uses bending vibration waves of the 6th order, unwanted standing waves other than the 6th order may be suppressed. It suffices to locally increase the pressure applied by the pressure member in part or all of the unwanted standing waves to be suppressed. Similarly, the present invention can also be applied to vibration wave motors utilizing arbitrary bending vibration waves such as 8th order and 11th order bending vibration waves.
（駆動中に位置関係を維持する）
上記構成により不要定在波を抑制できるが、前記円環状の振動板と、前記振動減衰部材と、前記加圧部材の３つの部材の円周方向の配置が駆動中に変化すると不要定在波を抑制する効果が小さくなる。そのため、本発明の振動波モータは、前記円環状の振動板と、前記振動減衰部材と、前記加圧部材の３つの部材の円周方向の配置が互いに固定されていることが好ましい。固定するためには、互いに接着材を用いて接着しても良いし、部材間にすべり止めの部材を挟んでも良い。また、その他の部品にそれぞれ接着剤などで固定しても良い。
(Maintain positional relationship while driving)
The above configuration can suppress unwanted standing waves. The effect of suppressing is reduced. Therefore, in the vibration wave motor of the present invention, it is preferable that the three members of the annular diaphragm, the vibration damping member, and the pressure member are fixed to each other in the circumferential direction. In order to fix them, they may be adhered to each other using an adhesive, or a non-slip member may be sandwiched between the members. Alternatively, they may be fixed to other parts with an adhesive or the like.
（圧電セラミックスはチタン酸バリウム系材料）
圧電セラミックス１０２１の組成は、鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満（すなわち非鉛系）であれば、特に限定されない。例えば、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムカルシウム、チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム、チタン酸ビスマスナトリウム、ニオブ酸カリウムナトリウム、ニオブ酸チタン酸ナトリウムバリウム、鉄酸ビスマスなどの組成の圧電セラミックスや、これらの組成を主成分とした圧電セラミックスを本発明の振動波モータおよび振動子１に用いることができる。
(Piezoelectric ceramics are barium titanate-based materials)
The composition of the
本発明の振動波モータを構成する前記圧電セラミックスは、チタン酸バリウム系材料よりなることが好ましい。 The piezoelectric ceramics constituting the vibration wave motor of the present invention is preferably made of a barium titanate-based material.
チタン酸バリウム系材料とは、主相がペロブスカイト構造であって、チタンとバリウムを含む材料を指す。チタン酸バリウム系材料とすることで、振動波モータを駆動する際に必要な高い圧電定数が得られる。 A barium titanate-based material refers to a material whose main phase has a perovskite structure and contains titanium and barium. By using a barium titanate-based material, a high piezoelectric constant necessary for driving a vibration wave motor can be obtained.
より好ましいチタン酸バリウム系材料は、一般式（１）
（Ｂａ１－ｘＣａｘ）α（Ｔｉ１－ｙＺｒｙ）Ｏ３ （１）
ただし、
０．９８６≦α≦１．１００、
０．０２≦ｘ≦０．３０、
０．０２０≦ｙ≦０．０９５
で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とし、該圧電セラミックスに含まれる主成分以外の金属成分の含有量が前記金属酸化物１００重量部に対して金属換算で１．２５重量部以下である。
A more preferable barium titanate-based material is the general formula (1)
(Ba1-xCax)α(Ti1-yZry)O3 (1)
however,
0.986≦α≦1.100,
0.02≦x≦0.30,
0.020≤y≤0.095
and the content of metal components other than the main component contained in the piezoelectric ceramic is 1.25 parts by weight or less in terms of metal with respect to 100 parts by weight of the metal oxide. .
特に、前記金属酸化物にＭｎが含有されており、該Ｍｎの含有量が前記金属酸化物１００重量部に対して金属換算で０．０２重量部以上０．４０重量部以下であることが好ましい。 In particular, the metal oxide contains Mn, and the content of Mn is preferably 0.02 parts by weight or more and 0.40 parts by weight or less in terms of metal with respect to 100 parts by weight of the metal oxide. .
前記一般式（１）で表わされる金属酸化物は、Ａサイトに位置する金属元素がＢａとＣａ、Ｂサイトに位置する金属元素がＴｉとＺｒであることを意味する。ただし、一部のＢａとＣａがＢサイトに位置してもよい。同様に、一部のＴｉとＺｒがＡサイトに位置してもよい。 The metal oxide represented by the general formula (1) means that the metal elements located at the A site are Ba and Ca, and the metal elements located at the B site are Ti and Zr. However, some Ba and Ca may be located at the B site. Similarly, some Ti and Zr may be located at the A site.
一般式（１）における、Ｂサイトの元素とＯ元素のモル比は１対３であるが、モル比が若干ずれていても、ペロブスカイト構造を主相としていれば良い。 In general formula (1), the molar ratio of the B-site element to the O element is 1:3, but even if the molar ratio deviates slightly, the perovskite structure should be the main phase.
金属酸化物がペロブスカイト構造であることは、例えば、Ｘ線回折や電子線回折による構造解析から判断することができる。 Whether the metal oxide has a perovskite structure can be determined, for example, from structural analysis using X-ray diffraction or electron beam diffraction.
一般式（１）におけるＡサイトにおけるＣａのモル比を示すｘは、０．０２≦ｘ≦０．３０の範囲である。ペロブスカイト型のチタン酸バリウムのＢａの一部を前記範囲でＣａに置換すると斜方晶と正方晶との相転移温度が低温側にシフトするので、振動波モータおよび振動子１の駆動温度範囲において安定した圧電振動を得ることができる。しかし、ｘが０．３０より大きいと、圧電セラミックスの圧電定数が十分ではなくなり、振動波モータの回転速度が不足するおそれがある。他方、ｘが０．０２より小さいと誘電損失（ｔａｎδ）が増加するおそれがある。誘電損失が増えると、圧電素子１０２に電圧を印加してモータ駆動させた際に発生する発熱が増え、モータ駆動効率が低下するおそれがある。
x indicating the molar ratio of Ca at the A site in the general formula (1) is in the range of 0.02≦x≦0.30. When a part of Ba in perovskite-type barium titanate is replaced with Ca within the above range, the phase transition temperature between orthorhombic and tetragonal crystals shifts to the lower temperature side. Stable piezoelectric vibration can be obtained. However, if x is greater than 0.30, the piezoelectric constant of the piezoelectric ceramics may not be sufficient, and the rotational speed of the vibration wave motor may be insufficient. On the other hand, if x is less than 0.02, dielectric loss (tan δ) may increase. If the dielectric loss increases, the amount of heat generated when a voltage is applied to the
一般式（１）において、ＢサイトにおけるＺｒのモル比を示すｙは、０．０２０≦ｙ≦０．０９５の範囲である。ｙが０．０２０より小さいと、圧電セラミックスの圧電定数が十分ではなくなり、振動波モータの回転速度が不足するおそれがある。一方で、ｙが０．０９５より大きいと圧電性の天井温度である脱分極温度が、脱分極温度（Ｔｄ）が８０℃未満と低くなり、高温において圧電セラミックス１０２１の圧電特性が消失するおそれがある。 In general formula (1), y, which indicates the molar ratio of Zr at the B site, is in the range of 0.020≦y≦0.095. If y is less than 0.020, the piezoelectric constant of the piezoelectric ceramic may not be sufficient, and the rotation speed of the vibration wave motor may be insufficient. On the other hand, if y is greater than 0.095, the depolarization temperature (Td), which is the ceiling temperature of the piezoelectricity, becomes lower than 80° C., and the piezoelectric characteristics of the piezoelectric ceramic 1021 may disappear at high temperatures. be.
本明細書において、脱分極温度（Ｔｄともあらわす）とは、分極処理をして十分時間が経過した後に、室温からある温度Ｔｄ（℃）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している温度を指す。本明細書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。 In this specification, the depolarization temperature (also referred to as Td) means that, after sufficient time has passed after the polarization treatment, the piezoelectric constant changes from room temperature to a certain temperature Td (° C.) and then again to room temperature. It refers to the temperature at which the piezoelectric constant is decreasing compared to the piezoelectric constant before increasing the . In this specification, the temperature at which the piezoelectric constant is less than 90% of the piezoelectric constant before raising the temperature is called the depolarization temperature Td.
また、一般式（１）において、ＡサイトにおけるＢａとＣａのモル量とＢサイトにおけるＴｉとＺｒのモル量との比を示すαは０．９８６≦α≦１．１００の範囲であることが好ましい。αが０．９８６より小さいと圧電セラミックス１０２１を構成する結晶粒に異常粒成長が生じ易くなり、圧電セラミックス１０２１の機械的強度が低下する。一方で、αが１．１００より大きくなると圧電セラミックス１０２１の粒成長に必要な温度が高くなり過ぎ、一般的な焼成炉で焼結ができなくなる。ここで、「焼結ができない」とは密度が充分な値にならないことや、圧電セラミックス内にポアや欠陥が多数存在している状態を指す。
Further, in the general formula (1), α, which indicates the ratio between the molar amounts of Ba and Ca at the A site and the molar amounts of Ti and Zr at the B site, is in the range of 0.986 ≤ α ≤ 1.100. preferable. If α is less than 0.986, abnormal grain growth tends to occur in the crystal grains forming the
圧電セラミックス１０２１の組成を測定する手段は特に限定されない。手段としては、Ｘ線蛍光分析、ＩＣＰ発光分光分析、原子吸光分析などが挙げられる。いずれの測定手段を用いても、圧電セラミックス１０２１に含まれる各元素の重量比および組成比を算出できる。
A means for measuring the composition of the
圧電セラミックス１０２１は、前記一般式（１）で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とし、前記金属酸化物にＭｎが含有されている。そのＭｎの含有量が前記金属酸化物１００重量部に対して金属換算で０．０２重量部以上０．４０重量部以下であることが好ましい。 The piezoelectric ceramic 1021 is mainly composed of the perovskite-type metal oxide represented by the general formula (1), and Mn is contained in the metal oxide. The Mn content is preferably 0.02 parts by weight or more and 0.40 parts by weight or less in terms of metal with respect to 100 parts by weight of the metal oxide.
前記範囲のＭｎを含有すると、絶縁性や機械的品質係数Ｑｍが向上する。ここで、機械的品質係数Ｑｍとは、圧電素子を振動子として評価した際に振動による弾性損失を表す係数であり、機械的品質係数の大きさは、インピーダンス測定における共振曲線の鋭さとして観察される。つまり圧電素子の共振の鋭さを表す定数である。機械的品質係数Ｑｍが大きいと、共振周波数付近で圧電素子の歪量がより大きくなり、効果的に圧電素子を振動させることができる。 When Mn is contained within the above range, the insulating properties and the mechanical quality factor Qm are improved. Here, the mechanical quality factor Qm is a factor representing elastic loss due to vibration when evaluating a piezoelectric element as a vibrator, and the magnitude of the mechanical quality factor is observed as the sharpness of the resonance curve in impedance measurement. be. In other words, it is a constant representing the sharpness of resonance of the piezoelectric element. When the mechanical quality factor Qm is large, the amount of strain in the piezoelectric element increases in the vicinity of the resonance frequency, and the piezoelectric element can be vibrated effectively.
絶縁性と機械的品質係数の向上は、ＴｉやＺｒと価数が異なるＭｎによって欠陥双極子が導入されて内部電界が発生することに由来すると考えられる。内部電界が存在すると、圧電素子１０２に電圧を印加し駆動させた際に、圧電素子１０２の信頼性が確保できる。
It is considered that the improvement of the insulating property and the mechanical quality factor originates from the fact that Mn, which has a different valence than Ti and Zr, introduces defect dipoles and generates an internal electric field. When the internal electric field exists, the reliability of the
ここで、Ｍｎの含有量を示す金属換算とは、圧電セラミックス１０２１から蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）、ＩＣＰ発光分光分析、原子吸光分析などにより測定されたＢａ、Ｃａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＭｎの各金属の含有量から算出される。すなわち、それらの含有量から一般式（１）で表わされる金属酸化物を構成する元素を酸化物換算し、その総重量を１００としたときに対するＭｎ重量との比によって求められた値を表す。 Here, the metal conversion indicating the content of Mn means each of Ba, Ca, Ti, Zr and Mn measured from the piezoelectric ceramic 1021 by X-ray fluorescence analysis (XRF), ICP emission spectrometry, atomic absorption analysis, etc. Calculated from metal content. That is, it represents a value obtained by converting the elements constituting the metal oxide represented by the general formula (1) from their contents into oxides, and calculating the ratio of the Mn weight to the total weight of 100.
Ｍｎの含有量が０．０２重量部未満であると、圧電素子１０２の駆動に必要な分極処理の効果が充分でなくなるおそれがある。一方、Ｍｎの含有量が０．４０重量部より大きくなると、圧電特性が充分でなくなることや、圧電特性に寄与しない六方晶構造の結晶が発現するおそれがある。
If the Mn content is less than 0.02 parts by weight, the effect of the polarization treatment required for driving the
Ｍｎは金属Ｍｎに限らず、Ｍｎ成分として圧電材料に含まれていれば良く、その含有の形態は問わない。例えば、Ｂサイトに固溶していても良いし、粒界に含まれていてもかまわない。または、金属、イオン、酸化物、金属塩、錯体などの形態でＭｎ成分が圧電セラミックス１０２１に含まれていても良い。より好ましい含有の形態は、絶縁性や焼結容易性という観点からＢサイトに固溶することである。Ｂサイトに固溶された場合、ＡサイトにおけるＢａとＣａのモル量とＢサイトにおけるＴｉ、ＺｒおよびＭｎのモル量の比をＡ２／Ｂ２とすると、好ましいＡ２／Ｂ２の範囲は０．９９３≦Ａ２／Ｂ２≦０．９９８である。
Mn is not limited to metallic Mn, and may be contained in the piezoelectric material as a Mn component, and the form of inclusion is not critical. For example, it may be dissolved in the B site, or may be included in the grain boundary. Alternatively, the Mn component may be contained in the
また、圧電セラミックス１０２１は、一般式（１）に示す金属酸化物１００重量部に対して、Ｂｉを金属換算で０．０４２重量部以上０．８５０重量部以下含有してもよい。前記金属酸化物に対するＢｉの含有量は、例えばＩＣＰ発光分光分析によって測定可能である。Ｂｉはセラミックス状の圧電材料の粒界にあっても良いし、（Ｂａ，Ｃａ）（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ３のペロブスカイト型構造中に固溶していても良い。Ｂｉが粒界に存在すると、粒子間の摩擦が低減され機械的品質係数が増加する。他方、Ｂｉがペロブスカイト構造を形成する固溶体に取り込まれると、相転移温度が低温化することから圧電定数の温度依存性が小さくなり、機械的品質係数がさらに向上する。Ｂｉが固溶体に取り込まれた時の位置がＡサイトであると、前記Ｍｎとの電荷バランスが良くなるため好ましい。 Also, the piezoelectric ceramic 1021 may contain 0.042 parts by weight or more and 0.850 parts by weight or less of Bi in terms of metal with respect to 100 parts by weight of the metal oxide represented by the general formula (1). The content of Bi in the metal oxide can be measured, for example, by ICP emission spectrometry. Bi may exist at the grain boundary of the ceramic-like piezoelectric material, or may be dissolved in the perovskite structure of (Ba, Ca)(Ti, Zr)O3. The presence of Bi at grain boundaries reduces intergranular friction and increases the mechanical quality factor. On the other hand, when Bi is incorporated into a solid solution that forms a perovskite structure, the phase transition temperature is lowered, so the temperature dependence of the piezoelectric constant is reduced and the mechanical quality factor is further improved. It is preferable that the position when Bi is taken into the solid solution is the A site because the charge balance with the Mn is improved.
圧電セラミックス１０２１は、前記一般式（１）に含まれる元素およびＭｎ、Ｂｉ以外の成分（以下、副成分）を特性が変動しない範囲で含んでいてもよい。副成分は、一般式（１）で表現される金属酸化物１００重量部に対してその合計が１．２重量部より少ないことが好ましい。副成分が１．２重量部を超えると、圧電セラミックス１０２１の圧電特性や絶縁特性が低下するおそれがある。また、副成分のうち前記Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎ以外の金属元素の含有量は、圧電セラミックス１００重量部に対して酸化物換算で１．０重量部以下、または金属換算で０．９重量部以下であることが好ましい。本発明では、金属元素といったときはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｂのような半金属元素も含む。Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎ以外の金属元素の含有量が、圧電セラミックス１００重量部に対して酸化物換算で１．０重量部、または金属換算で０．９重量部を超えると、圧電セラミックス１０２１の圧電特性や絶縁特性が著しく低下するおそれがある。
The piezoelectric ceramic 1021 may contain components (hereinafter referred to as subcomponents) other than the elements contained in the general formula (1) and Mn and Bi within a range in which the characteristics do not change. The total amount of subcomponents is preferably less than 1.2 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the metal oxide represented by formula (1). If the subcomponent exceeds 1.2 parts by weight, the piezoelectric properties and insulating properties of the piezoelectric ceramic 1021 may deteriorate. The content of the metal elements other than Ba, Ca, Ti, Zr, and Mn among the subcomponents should be 1.0 parts by weight or less in terms of oxides or 0.00 parts in terms of metals with respect to 100 parts by weight of the piezoelectric ceramics. It is preferably 9 parts by weight or less. In the present invention, metalloid elements such as Si, Ge, and Sb are also included when referring to metal elements. If the content of metal elements other than Ba, Ca, Ti, Zr, and Mn exceeds 1.0 parts by weight in terms of oxides or 0.9 parts by weight in terms of metals with respect to 100 parts by weight of the piezoelectric ceramic, the piezoelectric The piezoelectric properties and insulating properties of the
ここで、ＢａおよびＣａの市販原料に不可避成分として含まれる程度のＳｒやＭｇは、本発明の圧電材料に含んでいてもよい。同じく、Ｔｉの市販原料に不可避成分として含まれる程度のＮｂと、Ｚｒの市販原料に不可避成分として含まれる程度のＨｆは、本発明の圧電セラミックス１０２１に含んでいてもよい。 Here, the piezoelectric material of the present invention may contain Sr and Mg to the extent that they are contained as unavoidable components in commercially available raw materials of Ba and Ca. Similarly, the piezoelectric ceramic 1021 of the present invention may contain Nb to an extent that is included as an inevitable component in commercially available Ti raw materials and Hf to an extent that is included as an inevitable component in commercially available Zr raw materials.
副成分の重量部を測定する手段は特に限定されない。手段としては、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）、ＩＣＰ発光分光分析、原子吸光分析などが挙げられる。 There are no particular restrictions on the means for measuring parts by weight of subcomponents. Means include X-ray fluorescence spectroscopy (XRF), ICP emission spectroscopy, atomic absorption spectroscopy and the like.
（駆動制御システム）
次に、本発明の駆動制御システムを説明する。図９は、本発明の駆動制御システムの一実施形態を示す模式図である。駆動制御システムは、本発明の振動波モータと、前記振動波モータに電気的に接続される駆動回路を少なくとも有する。駆動回路は、本発明の振動波モータに７次の曲げ振動波を発生させ、回転駆動させるための電気信号を発する信号発生機構を内蔵する。
(drive control system)
Next, the drive control system of the present invention will be explained. FIG. 9 is a schematic diagram showing one embodiment of the drive control system of the present invention. A drive control system includes at least the vibration wave motor of the present invention and a drive circuit electrically connected to the vibration wave motor. The driving circuit incorporates a signal generating mechanism that generates an electric signal for generating a bending vibration wave of the seventh order in the vibration wave motor of the present invention and driving it to rotate.
駆動回路は、周波数が同じで、かつ、時間的位相差がπ／２の交番電圧を振動波モータの各駆動相電極１０２３１（Ａ相およびＢ相）に同時に印加する。その結果、Ａ相およびＢ相で発生する定在波が合成されて、振動板１０１の第２の面に周方向に進行する７次の曲げ振動波（波長λ）が発生する。
The drive circuit simultaneously applies alternating voltages having the same frequency and a temporal phase difference of π/2 to each drive phase electrode 10231 (A phase and B phase) of the vibration wave motor. As a result, the standing waves generated in the A phase and the B phase are combined to generate a seventh-order bending vibration wave (wavelength λ) traveling in the circumferential direction on the second surface of
このとき、振動板１０１のＸ箇所の突起部１０１１上の各点は楕円運動をするため、移動体２は振動板１０１から円周方向の摩擦力を受けて回転する。７次の曲げ振動波が発生すると、検知相電極１０２３３は該電極と接する部分の圧電セラミックス１０２１の振動の振幅に応じた検知信号を発生し、配線を通じて該信号を駆動回路に出力する。駆動回路は、前記検知信号と、駆動相電極１０２３１に入力した駆動信号の位相を比較して、共振状態からのずれを把握する。この情報から駆動相電極１０２３１に入力する駆動信号の周波数を再度決定することにより、振動波モータのフィードバック制御が可能となる。
At this time, each point on the
（光学機器）
次に、本発明の光学機器について説明する。本発明の光学機器は、本発明の振動波モータを用いた駆動制御システムと前期振動波モータに支持された光学部材を有することを特徴とする。
(optical equipment)
Next, the optical equipment of the present invention will be described. An optical apparatus of the present invention is characterized by having a drive control system using the vibration wave motor of the present invention and an optical member supported by the vibration wave motor.
図１０（ａ）及び１０（ｂ）は、本発明の光学機器の好適な実施形態の一例である一眼レフカメラの交換レンズ鏡筒の主要断面図である。また、図１１は本発明の光学機器の好適な実施形態の一例である一眼レフカメラの交換レンズ鏡筒の分解斜視図である。カメラとの着脱マウント７１１には、固定筒７１２と、直進案内筒７１３と、前群レンズ７０１を保持する前群鏡筒７１４とが固定されている。これらは交換レンズ鏡筒の固定部材である。
10(a) and 10(b) are main cross-sectional views of an interchangeable lens barrel of a single-lens reflex camera, which is an example of a preferred embodiment of the optical apparatus of the present invention. Also, FIG. 11 is an exploded perspective view of an interchangeable lens barrel of a single-lens reflex camera, which is an example of a preferred embodiment of the optical apparatus of the present invention. A fixed
直進案内筒７１３には、フォーカスレンズ７０２用の光軸方向の直進案内溝７１３ａが形成されている。フォーカスレンズ７０２を保持した後群鏡筒７１６には、径方向外方に突出するカムローラ７１７ａ、７１７ｂが軸ビス７１８により固定されており、このカムローラ７１７ａがこの直進案内溝７１３ａに嵌まっている。
The
直進案内筒７１３の内周には、カム環７１５が回動自在に嵌まっている。直進案内筒７１３とカム環７１５とは、カム環７１５に固定されたローラ７１９が、直進案内筒７１３の周溝７１３ｂに嵌まることで、光軸方向への相対移動が規制されている。このカム環７１５には、フォーカスレンズ７０２用のカム溝７１５ａが形成されていて、カム溝７１５ａには、前述のカムローラ７１７ｂが同時に嵌まっている。
A
固定筒７１２の外周側にはボールレース７２７により固定筒７１２に対して定位置回転可能に保持された回転伝達環７２０が配置されている。回転伝達環７２０には、回転伝達環７２０から放射状に延びた軸７２０ｆにコロ７２２が回転自由に保持されており、このコロ７２２の径大部７２２ａがマニュアルフォーカス環７２４のマウント側端面７２４ｂと接触している。またコロ７２２の径小部７２２ｂは接合部材７２９と接触している。コロ７２２は回転伝達環７２０の外周に等間隔に６つ配置されており、それぞれのコロが上記の関係で構成されている。
A
マニュアルフォーカス環７２４の内径部には低摩擦シート（ワッシャ部材）７３３が配置され、この低摩擦シートが固定筒７１２のマウント側端面７１２ａとマニュアルフォーカス環７２４の前側端面７２４ａとの間に挟持されている。また、低摩擦シート７３３の外径面はリング状とされ、マニュアルフォーカス環７２４の内径７２４ｃと径嵌合しており、更にマニュアルフォーカス環７２４の内径７２４ｃは固定筒７１２の外径部７１２ｂと径嵌合している。低摩擦シート７３３は、マニュアルフォーカス環７２４が固定筒７１２に対して光軸周りに相対回転する構成の回転環機構における摩擦を軽減する役割を果たす。
A low-friction sheet (washer member) 733 is arranged on the inner diameter of the
なお、コロ７２２の径大部７２２ａとマニュアルフォーカス環のマウント側端面７２４ｂとは、波ワッシャ７２６が振動波モータ７２５をレンズ前方に押圧する力により、加圧力が付与された状態で接触している。また同じく、波ワッシャ７２６が振動波モータ７２５をレンズ前方に押圧する力により、コロ７２２の径小部７２２ｂと接合部材７２９の間も適度な加圧力が付与された状態で接触している。波ワッシャ７２６は、固定筒７１２に対してバヨネット結合したワッシャ７３２によりマウント方向への移動を規制されており、波ワッシャ７２６が発生するバネ力（付勢力）は、振動波モータ７２５、更にはコロ７２２に伝わり、マニュアルフォーカス環７２４が固定筒７１２のマウント側端面７１２ａを押し付け力ともなる。つまり、マニュアルフォーカス環７２４は、低摩擦シート７３３を介して固定筒７１２のマウント側端面７１２ａに押し付けられた状態で組み込まれている。
The large-
従って、不図示の信号発生機構を内蔵した駆動回路により振動波モータ７２５が固定筒７１２に対して回転駆動されると、接合部材７２９がコロ７２２の径小部７２２ｂと摩擦接触しているため、コロ７２２が軸７２０ｆ中心周りに回転する。コロ７２２が軸７２０ｆ回りに回転すると、結果として回転伝達環７２０が光軸周りに回転する（オートフォーカス動作）。
Therefore, when the
また、不図示のマニュアル操作入力部からマニュアルフォーカス環７２４に光軸周りの回転力が与えられると以下のように作用する。すなわち、マニュアルフォーカス環７２４のマウント側端面７２４ｂがコロ７２２の径大部７２２ａと加圧接触しているため、摩擦力によりコロ７２２が軸７２０ｆ周りに回転する。コロ７２２の径大部７２２ａが軸７２０ｆ周りに回転すると、回転伝達環７２０が光軸周りに回転する。このとき振動波モータ７２５は、移動体７２５ｃと振動子７２５ｂの摩擦保持力により回転しないようになっている（マニュアルフォーカス動作）。
Further, when a rotational force around the optical axis is applied to the
回転伝達環７２０には、フォーカスキー７２８が２つ、互いに対向する位置に取り付けられており、フォーカスキー７２８がカム環７１５の先端に設けられた切り欠き部７１５ｂと嵌合している。従って、オートフォーカス動作或いはマニュアルフォーカス動作が行われて、回転伝達環７２０が光軸周りに回転させられると、その回転力がフォーカスキー７２８を介してカム環７１５に伝達される。カム環が光軸周りに回転させられると、カムローラ７１７ａと直進案内溝７１３ａにより回転規制された後群鏡筒７１６が、カムローラ７１７ｂによってカム環７１５のカム溝７１５ａに沿って進退する。これにより、フォーカスレンズ７０２が駆動され、フォーカス動作が行われる。すなわち、光学部材であるフォーカスレンズ７０２は、振動波モータ７２５との力学的な接続によって位置が変化する。
Two
上においては、本発明の光学機器として、一眼レフカメラの交換レンズ鏡筒について説明したが、本発明は、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、振動波モータを備えた多様な光学機器に適用することができる。 In the above description, the interchangeable lens barrel of a single-lens reflex camera has been described as an optical device of the present invention, but the present invention can be applied to various types of cameras, such as compact cameras and electronic still cameras, equipped with vibration wave motors. can be applied to various optical instruments.
（電子機器）
上記の振動波モータを備えた電子機器も提供可能であり、さまざまな用途に利用可能である。
(Electronics)
An electronic device having the vibration wave motor described above can also be provided, and can be used for various purposes.
次に、実施例を挙げて、本発明の振動波モータ、駆動制御システムおよび光学機器を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例により限定されるものではない。 EXAMPLES Next, the vibration wave motor, the drive control system and the optical apparatus of the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
（円環状の一片の圧電セラミックスの製造例）
鉛の含有量が１０００ｐｐｍ未満である円環状の一片の圧電セラミックスをチタン酸バリウム系材料として、以下のように製造した。
(Manufacturing example of piezoceramic piece of circular ring)
An annular piece of piezoelectric ceramic having a lead content of less than 1000 ppm was produced as a barium titanate-based material as follows.
前記一般式（１）において、ｘ＝０．１４、ｙ＝０．０６、α＝１．００の組成に相当する
（Ｂａ０．８６Ｃａ０．１４）１．００（Ｔｉ０．９４Ｚｒ０．０６）Ｏ３
へのＭｎとＢｉの添加を意図して、相当する原料粉を以下のように秤量した。
(Ba0.86Ca0.14)1.00(Ti0.94Zr0.06)O3 corresponding to a composition of x = 0.14, y = 0.06, and α = 1.00 in the general formula (1)
With the intention of adding Mn and Bi to , the corresponding raw powders were weighed as follows.
原料粉としていずれも平均粒子径が３００ｎｍ以下でペロブスカイト型構造を有するチタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、ジルコン酸カルシウムを用いて、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒが
（Ｂａ０．８６Ｃａ０．１４）１．００（Ｔｉ０．９４Ｚｒ０．０６）Ｏ３
の組成になるように秤量した。ＡサイトとＢサイトのモル比を示すｘを調整するために炭酸バリウムおよび酸化チタンを用いた。前記組成
（Ｂａ０．８６Ｃａ０．１４）１．００（Ｔｉ０．９４Ｚｒ０．０６）Ｏ３
の１００重量部に対して、Ｍｎの含有量が金属換算で０．１４重量部となるように四酸化三マンガンを加えた。同様にＢｉの含有量が金属換算で０．１８重量部となるように酸化ビスマスを加えた。
Barium titanate, calcium titanate, and calcium zirconate, all of which have an average particle size of 300 nm or less and have a perovskite structure, are used as raw material powders, and Ba, Ca, Ti, and Zr are (Ba0.86Ca0.14)1.00. (Ti0.94Zr0.06)O3
It was weighed so as to have a composition of Barium carbonate and titanium oxide were used to adjust x, which indicates the molar ratio between the A site and the B site. The composition (Ba0.86Ca0.14)1.00(Ti0.94Zr0.06)O3
Trimanganese tetroxide was added so that the Mn content was 0.14 parts by weight in terms of metal. Similarly, bismuth oxide was added so that the Bi content was 0.18 parts by weight in terms of metal.
これらの秤量粉を、ボールミルを用いて２４時間の乾式混合によって混合して混合粉を得た。得られた混合粉を造粒するために、混合粉に対して３重量部となるＰＶＡバインダーを、スプレードライヤー装置を用いて、混合粉表面に付着させ、造粒粉を得た。 These weighed powders were mixed by dry mixing for 24 hours using a ball mill to obtain a mixed powder. In order to granulate the obtained mixed powder, 3 parts by weight of a PVA binder was attached to the surface of the mixed powder using a spray dryer to obtain granulated powder.
次に、得られた造粒粉を金型に充填し、プレス成型機を用いて２００ＭＰａの成形圧をかけて円盤状の成形体を作製した。円盤状の成形に用いた金型の大きさは、目的物である円盤状の圧電セラミックスの外径、内径、厚みに対して、それぞれ２ｍｍ、２ｍｍ、０．５ｍｍのマージンを持たせた。 Next, the obtained granulated powder was filled in a mold, and a molding pressure of 200 MPa was applied using a press molding machine to produce a disk-shaped compact. The size of the metal mold used for molding the disk shape was such that margins of 2 mm, 2 mm, and 0.5 mm were provided with respect to the outer diameter, inner diameter, and thickness of the target disk-shaped piezoelectric ceramics.
得られた成形体を電気炉に入れ、１３４０℃の最高温度で５時間保持し、合計２４時間かけて大気雰囲気で焼結した。次に、焼結体を所望の外径、内径、厚みを有する円環形状にそれぞれ研削加工して、外径７６．９ｍｍ、内径６７．２ｍｍ、厚み０．５ｍｍの円環状の一片の圧電セラミックスを得た。 The compact thus obtained was placed in an electric furnace, held at a maximum temperature of 1340° C. for 5 hours, and sintered in an air atmosphere for a total of 24 hours. Next, the sintered body was ground into an annular shape having a desired outer diameter, inner diameter, and thickness, and a circular piece of piezoelectric ceramic having an outer diameter of 76.9 mm, an inner diameter of 67.2 mm, and a thickness of 0.5 mm was obtained. got
ＩＣＰ発光分光分析により圧電セラミックスの組成を評価した。その結果、上記方法によって製造した圧電セラミックスの鉛の含有量は、いずれも１ｐｐｍ未満であった。また、ＩＣＰ発光分光分析とＸ線回折測定の結果を合わせると、圧電セラミックスの組成は
（Ｂａ０．８６Ｃａ０．１４）１．００（Ｔｉ０．９４Ｚｒ０．０６）Ｏ３
の組成で表すことができるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とし、前記主成分１００重量部に対してＭｎを０．１４重量部、Ｂｉを０．１８重量部含有した組成であることが分かった。
The composition of the piezoelectric ceramics was evaluated by ICP emission spectroscopy. As a result, the content of lead in the piezoelectric ceramics manufactured by the above method was all less than 1 ppm. Combining the results of ICP emission spectroscopic analysis and X-ray diffraction measurement, the composition of the piezoelectric ceramics is (Ba0.86Ca0.14)1.00(Ti0.94Zr0.06)O3
It was found that the main component is a perovskite-type metal oxide that can be represented by the composition of , and the composition contains 0.14 parts by weight of Mn and 0.18 parts by weight of Bi per 100 parts by weight of the main component. .
（振動板の製造例）
図１２（ａ）及び１２（ｂ）は、本発明の振動波モータおよび振動子に用いられる円環状の振動板の一例を示す概略図である。
(Manufacturing example of diaphragm)
12(a) and 12(b) are schematic diagrams showing an example of an annular diaphragm used in the vibration wave motor and vibrator of the present invention.
本発明に使用する振動板を作製するために、図１２（ａ）に示すような円環状の金属板１０１ａを準備した。金属板１０１ａは、ＪＩＳ規格の磁性ステレンス鋼ＳＵＳ４２０Ｊ２により形成されている。ＳＵＳ４２０Ｊ２はマルテンサイト系のステンレス鋼であり、鋼を７０質量％以上、クロムを１２から１４質量％含有する合金である。
In order to manufacture the diaphragm used in the present invention, an
金属板１０１ａの外径、内径および厚みは、外径２Ｒが７７．０ｍｍ、内径が６７．１ｍｍ、厚みが５．０ｍｍの金属板１０１ａとした。
The
次に、円環状の金属板１０１ａの片方の面（第二の面）に、放射状に９０箇所（Ｘ＝９０）の溝部１０１２を機械的に削って形成した（溝切り）。各溝部１０１２の壁面は溝切りをしていない振動板１０１の第一の面から見て垂直となるようにした。各溝部１０１２の溝底部は図５（ｃ）に示すような中心が最も深い傾斜形状となった。溝切り後の金属板１０１ａにバレル処理、ラップ研磨、無電解ニッケルメッキ処理を施すことで本発明の振動子１に用いる振動板１０１とした。
Next, 90 (X=90)
振動板１０１の溝部１０１２は第二の面側から見て、１．０ｍｍ幅の直方体状に形成したので、突起部１０１１は円環の外径側で幅が広くなる扇形状となった。
Since the
振動板１０１の９０箇所の溝部１０１２の中心深さＤ１からＤ９０は、図６（ｆ）に示す深さになるようにした。すなわち、Ｄ１からＤ９０は４つの正弦波を重ね合せた曲線に沿うように変化している。
The central depths D1 to D90 of the 90
また、Ｄ１からＤ４５の深さ変動とＤ４６からＤ９０の深さ変動は表１に示す通りであった。このような構成にすることで７次以外の不要進行波を抑制できる。 Table 1 shows the depth variation from D1 to D45 and the depth variation from D46 to D90. With such a configuration, unnecessary traveling waves other than the seventh order can be suppressed.
（振動子の製造例）
図１３（ａ）－１３（ｄ）は、本発明の振動波モータに用いられる振動子の製造方法の一例を示す概略工程図である。
(Example of vibrator manufacturing)
13(a) to 13(d) are schematic process diagrams showing an example of a method for manufacturing a vibrator used in the vibration wave motor of the present invention.
前記製造例に示した圧電セラミックスと、本発明の振動板とを掛け合わせて振動子を製造した。 A vibrator was manufactured by combining the piezoelectric ceramics shown in the manufacturing example and the diaphragm of the present invention.
まず、図１３（ａ）に示す円環状の圧電セラミックス１０２１に、銀ペーストのスクリーン印刷によって、一方の面には図１３（ｃ）に示すように共通電極１０２２を形成する。もう一方の面には図１３（ｂ）に示すように、１２箇所の分極用電極１０２３１１、３箇所の非駆動相電極１０２３２、および１箇所の検知相電極１０２３３を形成した。この時、図１３（ｂ）に示す各電極の隣り合う電極間距離は０．５ｍｍとした。
First, a
次に、共通電極１０２２と、分極用電極１０２３１１、非駆動相電極１０２３２、および検知相電極１０２３３の間に、圧電素子の伸縮極性が図４（ａ）のようになるように、直流電源を用いて空気中で分極処理を行った。電圧は１．０ｋＶ／ｍｍの電界がかかる大きさとし、温度および電圧印加時間はそれぞれ１００℃、６０分とした。また、電圧は降温中４０℃になるまで印加した。
Next, between the
次に、図１３（ｄ）に示すように、分極用電極１０２３１１を繋ぐため、銀ペーストによってつなぎ電極１０２３１２を形成し、両種の電極を合わせて２箇所の駆動相電極１０２３１とすることで圧電素子１０２を得た。銀ペーストの乾燥は圧電セラミックス１０２１の脱分極温度より十分低い温度で行った。駆動相電極１０２３１の抵抗値を回路計（電気テスター）で測定した。テスターの一方は検知相電極１０２３３に最も近い分極用電極１０２３１１の部分の表面に、もう一方は駆動相電極１０２３１のうち円環形状の周方向に最も離れた分極用電極１０２３１１の部分の表面に接触させた。その結果、駆動相電極１０２３１の抵抗値は０．６Ωであった。
Next, as shown in FIG. 13(d), in order to connect the
次に、図１３（ｅ）に示すように、圧電素子１０２の２箇所の駆動相電極１０２３１と２箇所の非駆動相電極１０２３２と検知相電極１０２３３とをまたぐ領域に着目する。これらの領域に、湿気硬化型のエポキシ系樹脂接着剤を用いて室温プロセスでフレキシブルプリント基板３を圧着した。フレキシブルプリント基板３は、前記電極群への給電および検知信号の取り出しを目的に設けられる部材で、電気配線３０１、絶縁性のベースフィルム３０２、外部の駆動回路と接続するためのコネクタ部（不図示）を有する。
Next, as shown in FIG. 13( e ), attention is focused on the region across the two
次に、図１（ａ）に示すように、振動板１０１の第一の面に圧電素子１０２を湿気硬化型のエポキシ系樹脂接着剤を用いて室温プロセスで圧着した。振動板１０１と３箇所の非駆動相電極１０２３２とを銀ペーストからなる短絡配線（不図示）で接続し、振動子１を作製した。銀ペーストの乾燥は圧電セラミックス１０２１の脱分極温度より十分低い温度で行った。
Next, as shown in FIG. 1A, the
（振動子の不要進行波の抑制確認と不要定在波の位置の確認）
次に、上記の製造実施例で得た振動子１に対し、周波数を変化させながら交番電圧を印加し、インピーダンスアナライザとレーザードップラー振動計を用いて、共振周波数と発生する曲げ振動波の波数と位置を評価した。
(Confirmation of suppression of unnecessary traveling waves of the vibrator and confirmation of the position of unnecessary standing waves)
Next, an alternating voltage is applied to the
共振周波数の測定は、駆動相電極１０２３１のＡ相にて実施した。まず、Ａ相電極に交番電圧を印加する目的で、フレキシブルプリント基板３のコネクタ部を利用してＢ相電極と検知相電極１０２３３を非駆動相電極１０２３２と短絡させて、その短絡部を評価用の外部電源のグランド側と配線接続した。
The resonance frequency was measured at the A phase of the
Ａ相電極に周波数可変で振幅が１０Ｖの交番電圧を印加して室温でのインピーダンスを測定した。周波数は高周波側、例えば５０ｋＨｚから、低周波側、例えば１ｋＨｚまで変化させた。 An alternating voltage with a variable frequency and an amplitude of 10 V was applied to the A-phase electrode, and the impedance at room temperature was measured. The frequency was varied from a high frequency side, eg 50 kHz, to a low frequency side, eg 1 kHz.
図１４は、前記製造例に示す圧電セラミックスと振動板を用いた振動子１についての室温でのインピーダンス測定結果である。図１４には複数の次数の定在波のピークが出ており、それぞれの次数で、下向きのピーク（共振）と上向きのピーク（***振）が近い周波数で組みとなって現れている。
FIG. 14 shows the result of impedance measurement at room temperature for the
ここで、下向きのピークの極小値を共振周波数とする。各々のピークに対応する波数と位置は、振動板の全ての突起部の振動振幅を実際にレーザードップラー振動計で測定して特定した。交番電圧の印加方法は、インピーダンスを測定するときと同じとした。 Here, the minimum value of the downward peak is taken as the resonance frequency. The wave number and position corresponding to each peak were specified by actually measuring the vibration amplitude of all projections of the diaphragm with a laser Doppler vibrometer. The method of applying the alternating voltage was the same as when measuring the impedance.
その結果、図１４のインピーダンス曲線に見られる複数の下向きのピークは、共振による４次、５次、６次、７次および８次の定在波の発生に対応するピークであった。 As a result, the plurality of downward peaks seen in the impedance curve of FIG. 14 corresponded to the generation of 4th, 5th, 6th, 7th and 8th order standing waves due to resonance.
図１４を見ると、溝部の中心深さを本発明に従って変化させた振動板を用いた本発明の振動子では、所望する７次の共振周波数は１つしか現れず、不要である４次、５次、６次および８次の共振周波数は２つの異なる周波数に現れた。すなわち、所望の７次の進行波の発生に対して、不要な進行波の発生が抑制されていることが分かった。 Looking at FIG. 14, in the vibrator of the present invention using the diaphragm in which the center depth of the groove portion is changed according to the present invention, only one desired resonance frequency of the seventh order appears, and the unnecessary fourth, fourth, and third resonance frequencies appear. The 5th, 6th and 8th resonance frequencies appeared at two different frequencies. That is, it was found that the generation of unnecessary traveling waves was suppressed with respect to the generation of the desired 7th-order traveling waves.
ここで、振動子１においては、図１４に示すように、４次、５次、６次および８次の定在波となる共振周波数は、２つの異なる周波数に現れるため、各次数の定在波で、振動振幅が大きくなる方の定在波の位置を確認した。
Here, in the
その結果、４次の不要定在波は８．４ｋＨｚで発生し、その腹部の位置は、図７（ａ）の溝の深い部分とほぼ一致した。また、５次の不要定在波は１３．４ｋＨｚで発生し、その腹部は、図７（ｂ）の溝の深い部分とほぼ一致した。また、６次の不要定在波は１９．４ｋＨｚで発生し、その腹部は、図７（ｃ）の溝の深い部分とほぼ一致した。また、８次の不要定在波は３３．８ｋＨｚで発生し、その腹部は、図７（ｄ）の溝の深い部分とほぼ一致した。 As a result, a fourth-order unwanted standing wave was generated at 8.4 kHz, and the position of its abdomen almost coincided with the deep portion of the groove in FIG. 7(a). Also, a fifth-order unwanted standing wave was generated at 13.4 kHz, and its abdomen substantially coincided with the deep portion of the groove in FIG. 7(b). Also, a sixth-order unwanted standing wave was generated at 19.4 kHz, and its abdomen substantially coincided with the deep portion of the groove in FIG. 7(c). An eighth-order unwanted standing wave was generated at 33.8 kHz, and its abdomen substantially coincided with the deep portion of the groove in FIG. 7(d).
（振動減衰部材の製造例１）
本発明に使用する振動減衰部材を作製するために、円環状のフェルト（東レ（株）製、製品名：ＧＳフェルト）を準備した。
(Manufacturing example 1 of vibration damping member)
To produce the vibration damping member used in the present invention, an annular felt (manufactured by Toray Industries, Inc., product name: GS felt) was prepared.
振動減衰部材の外径、内径および厚みは、外径が７１．２ｍｍ、内径が６７．２ｍｍ、厚みが１ｍｍとした。 The outer diameter, inner diameter and thickness of the vibration damping member were 71.2 mm for the outer diameter, 67.2 mm for the inner diameter, and 1 mm for the thickness.
次に、準備した円環状の振動減衰部材において、６次の不要定在波を抑制することを目的として、図７（ｃ）の溝の深い部分に相当する位置を中心に、円周方向に６次の不要定在波の波長Ｐ６の１／８の長さとなるように、放射状に切断した。 Next, in the prepared annular vibration damping member, for the purpose of suppressing the 6th order unwanted standing wave, in the circumferential direction centering on the position corresponding to the deep portion of the groove in FIG. It was cut radially so as to have a length of ⅛ of the wavelength P6 of the sixth unwanted standing wave.
図１５（ｃ）は、図７（ｃ）の溝の深い部分に相当する位置を中心に、円周方向に６次の定在波の波長Ｐ６の１／８の長さとなる位置を網掛けしたものである。 In FIG. 15(c), the position corresponding to the deep portion of the groove in FIG. 7(c) is shaded at the position corresponding to the length of 1/8 of the wavelength P6 of the sixth-order standing wave in the circumferential direction. It is what I did.
このグラフ上の網掛けの位置は、振動波モータを駆動させたときに発生する定在波の腹部およびその近傍に相当する。 The shaded positions on this graph correspond to the abdomen and the vicinity thereof of the standing wave generated when the vibration wave motor is driven.
上記方法で作成した振動減衰部材Ｇ１の一つ一つは、円環の外径側で幅が広くなる扇形状となった。 Each of the vibration damping members G1 produced by the above method has a fan shape that widens on the outer diameter side of the ring.
作製した振動減衰部材Ｇ１を、振動子１の圧電素子側の面に、図１５（ｃ）の網掛けの位置となるように、湿気硬化型のエポキシ系樹脂接着剤を用いて接着した。このように振動減衰部材Ｇ１を配することによって、不要定在波の腹に相当する部位を加圧することができ、効果的に不要定在波を抑制することができる。
The manufactured vibration damping member G1 was adhered to the surface of the
（振動減衰部材の製造例２）
次に、振動減衰部材Ｇ１と同様のフェルトと製造方法によって、別の振動減衰部材Ｇ２を作製した。ただし、振動減衰部材Ｇ２において、図７（ａ）、７（ｂ）、７（ｃ）、７（ｄ）の溝の深い部分に相当する位置を中心に、それぞれ円周方向に４次、５次、６次、８次の定在波の波長の１／８の長さとなるように放射状に切断した。図１５（ａ）、１５（ｂ）、１５（ｃ）、１５（ｄ）にそれぞれの振動減衰部材の位置を網掛けで示した。このグラフ上の網掛けの位置は、振動波モータを駆動させたときに発生する定在波の腹部およびその近傍に相当する。
(Production example 2 of vibration damping member)
Next, another vibration damping member G2 was produced using the same felt and manufacturing method as the vibration damping member G1. 7(a), 7(b), 7(c), and 7(d) in the circumferential direction of the vibration damping member G2. Next, it was cut radially so as to have a length of 1/8 of the wavelength of the 6th and 8th order standing waves. The positions of the respective vibration damping members are shaded in FIGS. The shaded positions on this graph correspond to the abdomen and the vicinity thereof of the standing wave generated when the vibration wave motor is driven.
これらの網掛け位置を重ね合わせた位置に振動減衰部材が設置されるように、振動減衰部材を切断した。図１６に振動減衰部材の位置を網掛けで示した。図１６の実線は、図６（ｅ）と同じもので、振動子１の溝深さを表す。このように、振動減衰部材Ｇ２を作製した。 The vibration damping member was cut so that the vibration damping member was installed at the position where these hatched positions were superimposed. The positions of the vibration damping members are indicated by shading in FIG. A solid line in FIG. 16 is the same as in FIG. Thus, the vibration damping member G2 was produced.
作製した振動減衰部材Ｇ２を、振動子１の圧電素子側の面に、図１６の網掛けの位置となるように、湿気硬化型のエポキシ系樹脂接着剤を用いて接着した。このように振動減衰部材Ｇ２を配することによって、不要定在波の腹に相当する部位を加圧することができ、効果的に不要定在波を抑制することができる。
The manufactured vibration damping member G2 was adhered to the surface of the
（従来の振動減衰部材の製造例）
また別に、本発明の振動波モータおよび比較用の振動波モータに用いるために、振動減衰部材Ｇ１と同様のフェルトと製造方法によって、振動減衰部材ＲＧ１を作製した。ただし、切断はせずに一片の円環状のままとした。
(Manufacturing example of conventional vibration damping member)
Separately, for use in the vibration wave motor of the present invention and the vibration wave motor for comparison, a vibration damping member RG1 was manufactured using the same felt and manufacturing method as those for the vibration damping member G1. However, it was left as one circular ring without cutting.
（加圧部材の製造例１）
本発明の振動波モータに用いる加圧部材を作製するために、円環状のＳＵＳ板を２つと、その間に挟むように波ワッシャを準備した。円環状のＳＵＳ板の外径、内径および厚みは、外径が７１．２ｍｍ、内径が６７．２ｍｍ、厚みが１ｍｍとした。また、円環状の板バネの外径は７１．２ｍｍ、内径は６７．２ｍｍとし、１０Ｎでたわみ量が０．５ｍｍの硬さのものを用意した。
(Production example 1 of pressure member)
In order to produce a pressure member used in the vibration wave motor of the present invention, two annular SUS plates and a wave washer were prepared so as to be sandwiched between them. The outer diameter, inner diameter and thickness of the annular SUS plate were 71.2 mm for the outer diameter, 67.2 mm for the inner diameter, and 1 mm for the thickness. Further, an annular plate spring having an outer diameter of 71.2 mm, an inner diameter of 67.2 mm, and a hardness of 10 N and a bending amount of 0.5 mm was prepared.
次に、上記円環状のＳＵＳ板一枚に対して、６次の不要定在波を抑制することを目的として、図１５（ｃ）の網掛けの位置が高さ１ｍｍの凸部５０２１となるようにプレス加工を行った。 Next, for the purpose of suppressing the 6th order unwanted standing wave on the single annular SUS plate, the shaded positions in FIG. Pressing was performed as follows.
次に、プレス加工を行ったＳＵＳ板、円環状の板バネ、円環状のＳＵＳ板の順に重ねて、加圧部材Ｋ１を得た。 Next, the press-worked SUS plate, the annular plate spring, and the annular SUS plate were stacked in this order to obtain the pressure member K1.
作製した加圧部材Ｋ１の凸部が、前記振動子の図１５（ｃ）に示す定在波の腹部の位置になるように、前記振動減衰部材ＲＧ１の片面に湿気硬化型のエポキシ系樹脂接着剤を用いて接着した。 Moisture-curing epoxy resin is adhered to one surface of the vibration damping member RG1 so that the protruding portion of the pressure member K1 thus produced is located at the position of the abdomen of the standing wave of the vibrator shown in FIG. 15(c). glued with an adhesive.
（加圧部材の製造例２）
次に、加圧部材Ｋ１と同様の部材と製造方法によって、加圧部材Ｋ２を作製した。ただし、加圧部材Ｋ２において、４次、５次、６次、８次の不要定在波を抑制することを目的として、図１６の網掛けの位置が高さ１ｍｍの凸部となるようにプレス加工を行った。作製した加圧部材Ｋ２を、振動子１の圧電素子側の面に、図１６の網掛けの位置となるように、湿気硬化型のエポキシ系樹脂接着剤を用いて接着した。
(Production example 2 of pressure member)
Next, the pressure member K2 was manufactured using the same members and manufacturing method as those of the pressure member K1. However, in order to suppress unnecessary standing waves of the 4th, 5th, 6th and 8th orders in the pressing member K2, the meshed positions in FIG. Press processing was performed. The produced pressure member K2 was adhered to the surface of the
（従来の加圧部材の製造例）
また別に、本発明の振動波モータおよび比較用の振動波モータに用いるために、加圧部材Ｋ１と同様の部材と製造方法によって、加圧部材ＲＫ１を作製した。ただし、プレス加工はせず、ＳＵＳ板は平板のままで凸部は設けなかった。
(Manufacturing example of conventional pressurizing member)
Separately, for use in the vibration wave motor of the present invention and the vibration wave motor for comparison, a pressure member RK1 was manufactured using the same members and manufacturing method as those of the pressure member K1. However, no press working was performed, and the SUS plate was kept flat and had no projections.
（移動体の製造例）
金属板１０１ａの外径、内径および厚みは、外径２Ｒが７７．０ｍｍ、内径が６７．１ｍｍ、厚みが５．０ｍｍの金属板１０１ａとした。
(Manufacturing example of moving body)
The
本発明の振動波モータおよび比較用の振動波モータに用いるために外径が７７．０ｍｍ、内径が６７．１ｍｍ、厚み５ｍｍの円環状の移動体２を作製した。
An annular moving
移動体の材質にはアルミニウム金属を用いて、ブロック削り出しによって形状を整えた後、表面をアルマイト処理した。 Aluminum metal was used as the material of the moving body, and the surface was anodized after the shape was prepared by cutting out a block.
（振動波モータの製造実施例および比較例）
図１（ａ）および図２に示すように、移動体、振動子１、振動減衰部材、加圧部材の順に重ねて、振動子１の第二の面に移動体２を加圧部材により加圧接触させて本発明の振動波モータＰ、Ｑ、Ｒ、Ｓを作製した。同様に、比較用の振動波モータＴを作製した。いすれの振動波モータにおいても、加圧力は１．５ｋｇｆとした。
(Manufacturing example and comparative example of vibration wave motor)
As shown in FIGS. 1A and 2, the moving body,
本発明の振動波モータと比較用の振動波モータに用いた振動減衰部材Ｇ１、Ｇ２、ＲＧ１と加圧部材Ｋ１、Ｋ２、ＲＫ１の組み合わせを表２に示す。 Table 2 shows combinations of the vibration damping members G1, G2, RG1 and pressure members K1, K2, RK1 used in the vibration wave motor of the present invention and the vibration wave motor for comparison.
（駆動制御システムの製造実施例および比較例）
次に、フレキシブルプリント基板３のコネクタ部を利用して、本発明の振動波モータにおける駆動相電極１０２３１、共通電極１０２２と短絡している非駆動相電極１０２３２および検知相電極１０２３３と外部の駆動回路を電気的に接続した。このように図９のような構成の本発明の駆動制御システムを作製した。外部の駆動回路は、振動波モータを駆動するための制御機構および制御機構の指示によって７波の曲げ振動波を発生させるための交番電圧を出力する信号発生機構を有している。
(Manufacturing example and comparative example of drive control system)
Next, using the connector portion of the flexible printed
同様に、比較用の駆動制御システムを作製し、本発明の駆動制御システムおよび比較用の駆動制御システムの駆動試験を実施した。 Similarly, a drive control system for comparison was produced, and a drive test was conducted on the drive control system of the present invention and the drive control system for comparison.
移動体２に荷重を掛けて、１５０ｇｆ・ｃｍ（約１．５Ｎ・ｃｍ）の負荷とし、振幅が７０Ｖの交番電圧をＡ相とＢ相に印加した。周波数は２７ｋＨｚで固定し、Ａ相とＢ相にはいずれの駆動制御システムにおいても時間的位相差π／２で印加されるようにした。
A load of 150 gf·cm (approximately 1.5 N·cm) was applied to the moving
そのとき、検知相電極から出力される電圧信号をＦＦＴ解析した結果を表３に示す。振動波モータＰ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔそれぞれにおいて、４波、５波、６波、８波の不要定在波の周波数における電圧値が、振動波モータＴのときに出力される電圧信号に対する変化率としてパーセントで表した。ただし、１ケタ目は四捨五入した。また、このときに駆動制御システムから発生する異音も測定した。異音の測定は、一般的な周波数分析器（例えばリオン株式会社のＳＡ－０２Ｍ）に外部マイクを接続して記録したデータを解析することで音圧レベルを求めることができる。具体的には、人の可聴域である２０Ｈｚから２０ｋＨｚの周波数範囲において、普通騒音計の日本工業規格（ＪＩＳ Ｃ １５０２－１９９０）に定められているＡ特性補正を施した音圧レベル（Ａ特性音圧レベル）を測定した。ここでＡ特性音圧レベルとは、前記の日本工業規格で定められたもので、物理的に同じ音圧であっても周波数によって人間が感じる音の大きさが異なるという、人間の聴覚特性を考慮した周波数重み付け特性のことである。本測定においては、測定用のマイクを振動子から２ｃｍ離れた位置に設置した。測定した結果を表３に示す。
Table 3 shows the results of FFT analysis of the voltage signal output from the detection phase electrode at that time. In each of the vibration wave motors P, Q, R, S, and T, the voltage values at the frequencies of the 4th, 5th, 6th, and 8th unwanted standing waves are the voltage signals output when the vibration wave motor T is Expressed as percent change relative to . However, the first digit was rounded off. In addition, abnormal noise generated from the drive control system at this time was also measured. Abnormal sound can be measured by analyzing the data recorded by connecting an external microphone to a general frequency analyzer (eg SA-02M manufactured by Rion Co., Ltd.) to obtain the sound pressure level. Specifically, in the frequency range from 20 Hz to 20 kHz, which is the human audible range, the sound pressure level (A-weighted sound pressure level) was measured. Here, the A-weighted sound pressure level is defined by the above-mentioned Japanese Industrial Standards, and refers to the human auditory characteristic that even if the sound pressure is physically the same, the volume of sound perceived by humans differs depending on the frequency. It is the frequency weighting characteristic considered. In this measurement, a measuring microphone was installed at a
本発明の振動波モータを用いた駆動制御システムにおける駆動時の異音は、比較用の振動波モータを用いた駆動制御システムに比べて抑制されていた。 Abnormal noise during driving in the drive control system using the vibration wave motor of the present invention was suppressed compared to the drive control system using the vibration wave motor for comparison.
（光学機器の製造実施例）
本発明の振動波モータＰ、Ｑ、Ｒ、Ｓを用いた駆動制御システムにより、図１０（ａ）及び１０（ｂ）および図１１に示される光学機器を作製し、交番電圧の印加に応じたオートフォーカス動作を確認した。いずれの光学機器も駆動時の異音は発生しなかった。
(Manufacturing example of optical equipment)
10(a) and 10(b) and FIG. 11 was produced by the drive control system using the vibration wave motors P, Q, R, and S of the present invention, and the optical apparatus was operated according to the application of alternating voltage. I checked the autofocus operation. None of the optical devices produced abnormal noise when driven.
本発明によれば、例えば７次の曲げ振動波によって移動体を回転させる振動波モータであって、十分な駆動速度を発揮し、異音の発生を抑制する振動波モータ、ならびにそれを用いた駆動制御システムおよび光学機器が提供される。環境安全性の高い非鉛系圧電セラミックスを用いることも可能である。 According to the present invention, there is provided a vibration wave motor that rotates a moving body by, for example, seventh-order bending vibration waves, exhibits a sufficient driving speed, and suppresses the generation of abnormal noise, and a vibration wave motor using the vibration wave motor. A drive control system and optics are provided. It is also possible to use lead-free piezoelectric ceramics with high environmental safety.
１ 振動子
１０１ 振動板
１０１ａ 金属板
１０１１ 突起部
１０１２ 溝部
１０２ 圧電素子
１０２１ 圧電セラミックス
１０２２ 共通電極
１０２３１ 駆動相電極
１０２３１１ 分極用電極
１０２３１２ つなぎ電極
１０２３２ 非駆動相電極
１０２３３ 検知相電極
２ 移動体
３ フレキシブルプリント基板
３０１ 電気配線
３０２ 絶縁体（ベースフィルム）
４ 振動減衰部材
５ 加圧部材
５０１ バネ
５０２ 平板
５０２１ 凸部
７０１ 前群レンズ
７０２ 後群レンズ（フォーカスレンズ）
７１１ 着脱マウント
７１２ 固定筒
７１３ 直進案内筒
７１４ 前群鏡筒
７１５ カム環
７１６ 後群鏡筒
７１７ カムローラ
７１８ 軸ビス
７１９ ローラ
７２０ 回転伝達環
７２２ コロ
７２４ マニュアルフォーカス環
７２５ 振動波モータ
７２６ 波ワッシャ
７２７ ボールレース
７２８ フォーカスキー
７２９ 接合部材
７３２ ワッシャ
７３３ 低摩擦シート
1
4
711
Claims (12)
円環状の振動板と円環状の圧電素子を有する振動子と、
振動減衰部材と、
が順に設けられた振動波モータであって、
前記振動板は前記移動体側に、
前記円環状の振動板の中心から放射状に伸びる複数の溝部を有し、
前記複数の溝部のうち少なくとも一つは異なる深さであり、
前記振動減衰部材によって不均等に加圧され、前記振動波モータを駆動させたときに発生する定在波の腹部の一部または全部において前記定在波の腹部以外と比べ前記振動減衰部材によって強く加圧されていることを特徴とする振動波モータ。 a mobile object;
a vibrator having an annular diaphragm and an annular piezoelectric element;
a vibration damping member;
is a vibration wave motor provided in order,
The diaphragm is on the moving body side,
Having a plurality of grooves radially extending from the center of the annular diaphragm,
At least one of the plurality of grooves has a different depth,
Part or all of the abdomen of the standing wave which is unevenly pressurized by the vibration damping member and generated when the vibration wave motor is driven is stronger by the vibration damping member than other than the abdomen of the standing wave. A vibration wave motor characterized by being pressurized .
円環状の振動板と円環状の圧電素子を有する振動子と、
振動減衰部材と、
が順に設けられた振動波モータであって、
前記振動板は前記移動体側に、
前記円環状の振動板の中心から放射状に伸びる複数の溝部を有し、
前記複数の溝部のうち少なくとも一つは異なる深さであり、
前記振動板は前記移動体側に、放射状に伸びる溝部をＸ箇所に有し、前記Ｘ箇所の溝部の中心深さを円周方向に順にＤ１～ＤＸとしたとき、Ｄ１～ＤＸは１つ以上の正弦波を重ね合せた曲線に沿うように変化し、
前記振動減衰部材によって不均等に加圧され、前記正弦波の腹部の一部または全部において前記加圧が局所的に大きくなっている請求項１に記載の振動波モータ。 a mobile object;
a vibrator having an annular diaphragm and an annular piezoelectric element;
a vibration damping member;
is a vibration wave motor provided in order,
The diaphragm is on the moving body side,
Having a plurality of grooves radially extending from the center of the annular diaphragm,
At least one of the plurality of grooves has a different depth,
The diaphragm has grooves extending radially at X points on the side of the moving body, and when the central depths of the grooves at the X points are D1 to DX in order in the circumferential direction, D1 to DX are one or more. It changes along a curve of superimposed sine waves,
2. The vibration wave motor according to claim 1 , wherein the pressure is unevenly applied by the vibration damping member, and the pressure is locally increased in part or all of the abdomen of the sinusoidal wave .
前記加圧部材は前記定在波の腹部と対応する箇所に凸部を有する請求項１に記載の振動波モータ。 further comprising a pressurizing member that presses the diaphragm against the moving body via the vibration damping member;
2. The vibration wave motor according to claim 1 , wherein said pressure member has a convex portion at a portion corresponding to the abdomen of said standing wave.
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