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JP2019088183A - Vibration wave motor, drive control system, optical device and electronic device - Google Patents

Vibration wave motor, drive control system, optical device and electronic device Download PDF

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JP2019088183A JP2018185422A JP2018185422A JP2019088183A JP 2019088183 A JP2019088183 A JP 2019088183A JP 2018185422 A JP2018185422 A JP 2018185422A JP 2018185422 A JP2018185422 A JP 2018185422A JP 2019088183 A JP2019088183 A JP 2019088183A
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達雄 古田
彰 上林
Akira Kamibayashi
彰 上林
智大 渡邊
Tomohiro Watanabe
智大 渡邊
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Shinya Koyama
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Abstract

【課題】 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抑制する振動波モータを提供する。
【解決手段】 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ていることを特徴とする振動波モータである。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration wave motor which suppresses generation of unnecessary traveling waves and unnecessary standing waves while exhibiting a sufficient driving speed.
SOLUTION: The vibration wave motor is provided with a moving body, a vibrator having an annular diaphragm and an annular piezoelectric element, and a vibration damping member in order, and the vibration plate is provided on the side of the moving body. A plurality of grooves extending radially from the center of the annular diaphragm, wherein at least one of the plurality of grooves has a different depth and is unevenly pressurized by the vibration damping member A vibration wave motor characterized by
[Selected figure] Figure 1

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 a vibration wave motor, and a drive control system, an optical apparatus and an electronic apparatus 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。   The vibration type (oscillation wave) actuator has a vibrator constituted by an electromechanical energy conversion element such as a piezoelectric element and the like and an elastic body, and a moving body in pressure contact with the vibrator. The vibration-type actuator is utilized as a vibration wave motor that relatively moves a moving body by using 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 structure and driving principle of an annular vibration wave motor, which is a typical application of a vibration type actuator, will be shown below. In the following, when referring to “annular ring”, the form of the article or member can be regarded as a form in which a disc having a predetermined thickness has a concentric through hole. Hereinafter, the "thickness" of the disc and the two surfaces that determine the thickness of the disc with respect to the direction along the through hole will be called "surface".

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。   The annular vibration wave motor includes an annular vibrator and an annular 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 as to prevent the vibration of the vibrator from being 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 the material is generally metal. The vibrator includes an annular diaphragm and an annular piezoelectric element provided on one surface thereof. The diaphragm is made of an elastic material, and the material is generally metal. The piezoelectric element is an electrode divided into a plurality of regions obtained by equally dividing the circumference by n along the circumferential direction of the annular ring on one surface of an annular piezoelectric material (piezoelectric ceramic) (n is a natural number) And one common electrode on the other side. The circumferential length is represented by nλ in units of the length λ. The material of the piezoelectric ceramic is generally a lead zirconate titanate based material.

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 the plurality of regions are respectively provided in two regions constituting the driving phase electrode, at least one region constituting the detection phase electrode, and a region constituting the non-driving phase electrode provided as needed. It 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。   Polarization is applied to the two drive phase electrodes 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. Furthermore, non-driving phase electrodes short-circuited with the common electrode are provided in two regions (spaces) separating the two regions constituting the respective driving phase electrodes by an odd number multiple of λ / 4. At this interval, usually, a detection phase electrode to be described later is provided.

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 drive phase electrode 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 rotationally moved 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 drive phase electrodes, the standing waves of the two are synthesized. As a result, in the vibrator, a traveling wave (wave number n along an annular ring, wavelength λ) of bending vibration (a vibration whose amplitude is perpendicular to the plane of the vibrator) advancing in the circumferential direction around the entire circumference is generated 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 where a traveling wave of bending vibration (hereinafter simply referred to as “bending vibration wave”) is generated is driven by receiving frictional force (driving force) in the circumferential direction from the diaphragm.

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, a bending vibration wave different from the n-th (wave number n) preset in driving may be generated, for example, a traveling wave of (n-1) -th order or (n + 1) -th order bending vibration. These bending vibration waves out of the setting are called unnecessary traveling waves. The cause of generation of the unnecessary traveling wave is the low precision of the contact surface of the vibrator and the moving body, the unevenness of mechanical vibration generated in the moving body, and the non-uniform distribution of the contact pressure of the vibrator and the moving body . When the unnecessary traveling wave is generated when the vibration wave motor is driven, it causes an abnormal noise and an output decrease due to the unnecessary 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 a means for reducing the generation of the unwanted traveling wave, Patent Document 1 discloses that grooves are formed radially on the surface of the diaphragm in contact with the annular moving body, and the depth of the grooves is sinusoidal An arrangement is disclosed that varies along a curve. With the configuration as described in Patent Document 1, unnecessary traveling waves (unnecessary traveling waves) are suppressed when the groove depth changes along a sine wave curve.

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 groove depth is changed as described above, the diaphragm thickness in the portion where the groove depth is large is relatively reduced. Therefore, the vibration amplitude of the standing wave is increased such that the portion where the depth of the groove is large matches the abdomen. Such a standing wave (unnecessary standing wave) has no contribution to the rotation of the oscillatory wave motor, and causes the generation of abnormal noise and the reduction of the output.

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, Patent Document 2 uses a separated support member for the purpose of stably fixing the vibrator, but because the depth of the groove is not changed along the sine wave curve, Although unnecessary standing waves are not generated, unnecessary traveling waves are easily generated. Moreover, there is no description about which position in the circumferential direction of the vibrator is provided for the support member.

特許5322431号公報Patent No. 5322431 特開平6−153541号公報JP-A-6-153541

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。   The present invention has been made to address the above-mentioned problems, and provides an oscillatory wave motor which exhibits a sufficient driving speed and in which the generation of the unnecessary traveling wave and the unnecessary standing wave are both suppressed, and the same. A drive control system and an optical apparatus are provided.

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駆動制御システムは、上記の振動波モータを備えたことを特徴とする。
The oscillatory wave motor of the present invention for solving the above problems is:
Mobile and
A vibrator having an annular diaphragm and an annular piezoelectric element;
A vibration damping member,
Are vibration wave motors provided in order, and
The diaphragm is on the movable body side,
It has a plurality of grooves extending radially from the center of the annular diaphragm,
At least one of the plurality of grooves has a different depth,
The drive control system of the present invention for solving the above-mentioned problem is characterized by including the above-mentioned vibration wave motor.

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。   An optical apparatus according to the present invention for solving the above-mentioned problems is characterized by comprising the drive control system.

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。   An electronic device according to the present invention for solving the above-mentioned problems is characterized by comprising the above-mentioned 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 the vibration wave motor or the drive control system using the vibration wave motor, the optical device and the electronic device, the generation of the unnecessary traveling wave and the unnecessary standing wave is effective while exhibiting a sufficient driving speed. Can be suppressed.

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。1 is a schematic view showing an embodiment of a vibration wave motor according to the present invention. 本発明の振動波モータの一実施形態の一部分の構成を抜粋して示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which extracts and shows a part of structure of one Embodiment of the vibration wave motor of this invention. 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圧電素子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。説明の便宜上、電極の表示を省略している。It is the schematic which shows the relationship between the circumference length and the wavelength of a vibration wave in the annular | circular shaped piezoelectric element used for the vibration wave motor of this invention, and a vibrator | oscillator. For convenience of explanation, the display of the electrodes is omitted. 本発明の振動波モータに用いられる円環状の圧電素子の一実施形態の概略図である。説明の便宜上、つなぎ電極の表示を省略している。It is the schematic of one Embodiment of the annular | circular shaped piezoelectric element used for the vibration wave motor of this invention. For convenience of explanation, the display of the connecting electrode is omitted. 本発明の振動波モータに用いられる円環状の振動板の突起部と溝部の外径側の円周方向の長さの測長方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the measuring method of the length of the circumferential direction of the outer diameter side of the projection part of an annular | circular shaped diaphragm used for the vibration wave motor of this invention, and a groove part. 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分布を示す概略図である。It is the schematic which shows distribution of the center depth of the groove part of the diaphragm in one Embodiment of the vibration wave motor of this invention. 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分布を示す概略図である。It is the schematic which shows distribution of the center depth of the groove part of the diaphragm in one Embodiment of the vibration wave motor of this invention. 本発明の振動波モータの一実施形態を示す概略分解斜視図である。FIG. 1 is a schematic exploded perspective view showing an embodiment of a vibration wave motor according to the present invention. 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。It is a schematic diagram which shows one Embodiment of the drive control system of this invention. 本発明の光学機器の一実施態様を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of an optical apparatus of the present invention. 本発明の光学機器の一実施態様を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of an optical apparatus of the present invention. 本発明の振動波モータ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。It is the schematic which shows an example of the annular diaphragm used for the vibration wave motor of this invention. 本発明の振動波モータに用いられる円環状の圧電素子の製造方法の一例を示す概略工程図である。It is a schematic process drawing which shows an example of the manufacturing method of the annular | circular shaped piezoelectric element used for the vibration wave motor of this invention. 本発明の振動波モータに用いられる振動子のインピーダンス曲線の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the impedance curve of the vibrator | oscillator used for the vibration wave motor of this invention. 本発明の振動波モータに用いられる振動減衰部材の設置位置を示す概略図である。It is the schematic which shows the installation position of the vibration damping member used for the vibration wave motor of this invention. 本発明の振動波モータに用いられる振動減衰部材の設置位置を示す概略図である。It is the schematic which shows the installation position of the vibration damping member used for the vibration wave motor of this invention.

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。   Hereinafter, embodiments of a vibration wave motor, a drive control system, and an optical apparatus according to the present invention will be described.

(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。
Vibrators and vibrators that can be used for vibratory motors
The vibration wave motor of the present invention is
Mobile and
A vibrator having an annular diaphragm and an annular piezoelectric element;
A vibration damping member,
Are vibration wave motors provided in order, and
It has a plurality of grooves extending radially from the center of the annular diaphragm,
At least one of the plurality of grooves has a different depth,
It is characterized in that the pressure is unevenly applied 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。
The vibration wave motor of the present invention is
Mobile and
A vibrator having an annular diaphragm and an annular piezoelectric element;
A vibration damping member,
Are vibration wave motors provided in order, and
The diaphragm has radially extending groove portions at X locations on the movable body side, and when the center depths of the groove portions at the X locations are D1 to DX in order in the circumferential direction, one or more of D1 to DX are It has changed along the curve where sine waves are superimposed,
A part or all of the abdomen of the standing wave generated when the vibration wave motor is driven is strongly pressurized by the vibration damping member compared with 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 views showing an embodiment of a vibration wave motor according to the present invention. FIG. 1 (a) is a schematic perspective view of the vibration wave motor as viewed obliquely, and FIG. 1 (b) is a schematic plan view of the vibration wave motor as viewed from the side provided with a plurality of electrodes (pattern electrodes). is there. However, in FIG. 1 (b), the display of the vibration damping member 4 and the pressure member 5 is omitted and illustrated as transparent. FIG. 2 is a schematic partial side view of the detailed configuration of an embodiment of the oscillatory wave motor according to the present invention as viewed from the side. Here, the side means a position radially away from the ring. As shown in FIG. 1A, the vibration wave motor of the present invention includes a vibrator 1, a moving body 2, a vibration damping member 4 and a pressure member 5. The vibrator 1 is formed of an annular diaphragm 101 and an annular piezoelectric element 102 provided on a first surface (piezoelectric element side) of the diaphragm.

(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。
(Annular)
In the present invention, as described at the beginning, an annular shape refers to a form in which a disk having a predetermined thickness has a concentric through hole. The outer peripheral shape of the disc and the through hole is ideally a perfect circle, but it may also be an ellipse, an oval or the like as long as it can be regarded schematically as a circle. When the circle is not a perfect circle, the radius and diameter are determined on the assumption of a true circle of the same area. A substantially annular shape such as a shape in which a part of the annular ring is missing or a shape in which a part of the annular ring protrudes is also included in the annular ring of the present invention as long as it can be regarded as a substantially annular ring. Therefore, due to manufacturing variations, a slightly deformed substantially annular shape is also included in the annular shape of the present invention as long as it can be regarded as substantially annular. The radius and diameter in the case of a substantially annular shape are determined on the assumption of a perfect circle in which the defect portion and the abnormal portion are compensated.

(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 vibration damping member 4 is provided on the surface of the piezoelectric element 102 as shown in FIG. By separately providing the vibration damping member 4 or making the thickness uneven, the abdomen of the unnecessary standing wave is locally suppressed, and the pressure is stronger than other than the abdomen of the standing wave, so the unnecessary constant is determined. The amplitude of the standing wave can be suppressed. That is, the amplitude of the unnecessary standing wave can be suppressed by pressurizing the vibration damping member unevenly. When at least one of the plurality of grooves has a different depth, the position of the abdomen of the standing wave is always constant. Therefore, it is possible to locally and continuously suppress a portion with a large amplitude, which is the abdomen of the standing wave.

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 vibration damping member 4 is made of a vibration insulating material (anti-vibration property) which hardly transmits the vibration of the vibrator to the pressure member, and for example, felt, fabric, rubber, cork, resin or the like can be used as the material. Among these, felt is a preferable material because it has high vibration insulation and is inexpensive.

(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 pressurizing member 5 presses the diaphragm 101 toward the movable body through the vibration damping member by pressurization, and a predetermined force is applied between the second surface (the movable body side) of the diaphragm 101 and the movable body. Members. By fixing the pressing member 5 in a pressed state, an arbitrary force can be applied between the second surface of the diaphragm 101 and the moving body.

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 according to the present invention, the pressure member 5 is provided separately, or the thickness is made uneven, or uneven. As a result, the amplitude of the unwanted standing wave can be suppressed by locally suppressing the non-uniform abdominal portion of the unnecessary standing wave of the vibrator via the vibration damping member 4.

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 pressure member 5 is, for example, a wave washer that generates a load by bending and bending a flat washer into an arch shape, and a spring 501 such as a disc spring as shown in FIG. It is good to make it the structure which piled up.

(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。
(Vibrator)
The vibrator 1 includes an annular diaphragm 101 and an annular piezoelectric element 102 as shown in FIG. 1A, and is in contact with the movable body 2. The piezoelectric element comprises a piezoelectric material and an electrode. When the outer periphery of the diaphragm 101 has a plurality of outer diameters depending on the measurement location, the maximum outer diameter is 2R. It is preferable that the first surface of the diaphragm 101 is a flat surface, because the transmission of the vibration accompanying the expansion and contraction of the piezoelectric element 102 is improved. The means for providing the piezoelectric element 102 on the first surface of the diaphragm 101 is not limited, but may be in close contact so as not to inhibit the transmission of vibration, or may be bonded by interposing a highly elastic adhesive layer (not shown). Is preferred. For example, an epoxy resin is suitably used as the adhesive layer.

(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。
(Mobile)
The toroidal moving body 2 is brought into pressure contact with the toroidal vibrator 1 by the pressure member 5 and is rotated by the driving force brought about by the friction generated by the traveling wave generated on the contact surface with the vibrator 1. The contact surface of the moving body 2 with the vibrator 1 is preferably planar. The moving body 2 is preferably a metal. For example, aluminum is suitably used as a material of the moving body 2.

(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。
(Configuration of piezoelectric element)
As shown in FIG. 1A, the annular piezoelectric element 102 is provided on an annular piezoelectric ceramic 1021, a common electrode 1022 provided on one surface, and the other surface. A plurality of electrodes 1023 are provided.

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) having a uniform and seamless composition obtained by firing a raw material powder having a metal element, and at least a part of the region is polarized. ing. The piezoelectric ceramic 1021 is a ceramic having an absolute value of the piezoelectric constant d31 of 10 pm / V at room temperature or a piezoelectric constant d33 of 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反共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−反共振法と呼ぶ。密度は、例えば、アルキメデス法により測定できる。共振周波数および反共振周波数は、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 the piezoelectric ceramic can be calculated by calculation from the measurement result of the density of the ceramic and the resonant frequency and the antiresonant frequency based on the Japan Electronics Information Technology Industries Association standards (JEITA EM-4501). Hereinafter, this method is called a resonance-antiresonance method. The density can be measured, for example, by the Archimedes method. The resonant frequency and the antiresonant frequency can be measured, for example, using an impedance analyzer after providing the ceramic with a pair of electrodes.

(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。
(Content of lead in piezoelectric ceramics)
The piezoelectric ceramic 1021 is preferably a lead-free piezoelectric ceramic in which the content of lead is less than 1000 ppm.

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 the conventional piezoelectric ceramics have lead zirconate titanate as a main component. Therefore, for example, when the piezoelectric element is discarded and exposed to acid rain or left in a severe environment, it is pointed out that the lead component in the conventional piezoelectric ceramic may dissolve in the soil and cause harm to the ecosystem. There is. However, if the content of lead 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 to a low level. The content of lead can be evaluated, for example, by the content of lead with respect to the total weight of the piezoelectric ceramic 1021 determined by fluorescent X-ray analysis (XRF), ICP emission spectrometry.

(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 metal oxide)
As a main component of the piezoelectric ceramic 1021, a metal oxide (perovskite metal oxide) having a perovskite crystal structure is preferable.

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 is a perovskite structure which is ideally a cubic crystal structure as described in Iwanami Chemical Dictionary 5th Edition (Iwanami Shoten, published on February 20, 1998). It refers to a metal oxide having a Perovskite structure). A metal oxide having a perovskite structure is generally represented by the chemical formula of ABO3. The molar ratio of the element at the B site to the O element is expressed as 1: 3, but even if the ratio of the element amounts is slightly shifted (for example, 1.00 to 2.94 to 1.00 to 3.06), If the metal oxide has a perovskite structure as the main phase, it can be said to be a perovskite-type metal oxide. The perovskite structure of the metal oxide can be determined, for example, from structural analysis by 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 common electrode 1022 is provided on the surface of the annular piece of piezoelectric ceramic 1021 facing the diaphragm 101, that is, the surface in contact with the diaphragm 101 or the surface in contact with the adhesive layer described above. When the common electrode 1022 is electrically connected to the non-driving phase electrode 10232 (see FIG. 1B), the driving voltage can be applied only in a specific region of the plurality of electrodes 1023, which is preferable. The common electrode can be formed, for example, by applying a metal paste such as silver and drying or baking.

(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)
As shown in FIG. 1B, the electrode 1023 includes two driving phase electrodes 10231 electrically independent of each other, one or more non-driving phase electrodes 10232, and one or more sensing phase electrodes 10233.

(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 detection phase electrode 10233 is provided for detecting the vibration state of the vibrator 1 and feeding back information on the vibration state to the outside, for example, to a drive circuit. The piezoelectric ceramic 1021 in a portion in contact with the detection phase electrode 10233 is subjected to polarization processing. Therefore, when the vibration wave motor is driven, a voltage corresponding to the magnitude of distortion of the vibrator 1 is generated at the portion of the detection phase electrode 10233 and is output to the outside as a detection signal.

(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-driving phase electrode)
At least one or more of the non-driving phase electrodes 10232 can be used as a ground electrode when electrically connected to the common electrode 1022.

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。   The piezoelectric ceramic 1021 in the portion in contact with the non-driving phase electrode 10232 may or may not have remanent polarization. However, in the case where the piezoelectric ceramic 1021 in the portion in contact with the non-driving phase electrode 10232 has residual polarization, it is preferable that the non-driving phase electrode 10232 and the common electrode 1022 are electrically connected.

(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)
As shown in FIG. 1B, each driving phase electrode 10231 is composed of a connecting electrode 102312 electrically connecting six polarizing electrodes 102311 and the six polarizing electrodes 102311.

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 view showing the relationship between the circumferential length and the wavelength of the oscillatory wave in the annular piezoelectric element 102 used for the oscillatory wave motor of the present invention. The annular ring in the figure is substantially the same as the shape of the piezoelectric ceramic 1021. Assuming that an arbitrary position is designated on the surface of the annular ring, and the diameter of the circle passing the arbitrary position with the center being the same as the annular shape of the piezoelectric element 102 is 2 Rarb (unit mm), the circumferential length of the circle Is 2π Rarb. The circumferential length 2π Rarb is, for example, 7 λ.

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。   FIGS. 4A and 4B are schematic views showing the arrangement of the polarization electrode 102311 in the piezoelectric element 102 and the polarity of the piezoelectric ceramic 1021, from the side where the annular piezoelectric element 102 is provided with a plurality of electrodes. I saw it. However, in FIGS. 4A and 4B, the display of the connecting electrode 102312 is omitted for the convenience of description. The combination of the polarities shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b) is an example and does not limit the present invention.

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。   The piezoelectric ceramic 1021 in a portion in contact with the driving phase electrode 10231 has residual polarization in a direction substantially perpendicular to the driving phase electrode 10231. The region having residual polarization may be part or all of the piezoelectric ceramic 1021 in the region sandwiched between the polarization electrode 102311 and the common electrode 1022. From the viewpoint of enhancing the generated force at the time of driving the vibration wave motor, it is preferable that the entire region sandwiched between the polarization electrode 102311 and the common electrode 1022 have residual polarization. In the present invention, a region having remanent polarization is referred to as a polarization part. The residual polarization refers to the polarization remaining in the piezoelectric ceramic 1021 when no voltage is applied to the piezoelectric ceramic 1021. By subjecting the piezoelectric ceramic 1021 to polarization processing, the direction of spontaneous polarization is aligned with the direction of voltage application, and residual polarization is obtained. Whether or not the piezoelectric ceramic 1021 has residual polarization can be determined by applying an electric field between the electrodes holding the piezoelectric element 102 and measuring the applied electric field E and the polarization amount P (PE hysteresis curve). It can be identified.

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 driving phase electrode 10231 has six polarization electrodes 102311, and correspondingly, there are six portions of the piezoelectric ceramic 1021 in contact with the polarization electrodes 102311, that is, six polarization portions. As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the six polarization parts and the polarization electrodes 102311 are arranged along the circumference sandwiching the unpolarization part. The polarities of the polarized portions are alternately reversed as viewed in the order of arrangement along the circumference. In FIG. 4 (a) and 4 (b), the symbol "+" and "-" described inside the polarization electrode 102311 has shown the direction of remanent polarization, ie, polarity. In the present specification, since the symbol “+” is described on the electrode part to which a positive voltage is applied in the polarization process in the manufacturing process of the piezoelectric element 102, the piezoelectric constant d33 is measured only with the “+” electrode part. Negative values are detected. Similarly, a positive piezoelectric constant d33 is detected at the "-" electrode portion. On the other hand, the piezoelectric constant d33 at room temperature is zero or a very small value, for example, 5 pC / N or less only in the electrode part where the symbol "0" is displayed in FIG. Can only be detected. In the piezoelectric element 102 illustrated in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the piezoelectric ceramic has a region having remnant polarization downward and a region having remnant polarization upward with respect to the paper surface. As a method of confirming that the polarity of the remanent polarization differs depending on the area, the method of judging by the positive or negative of the detected value by measuring the piezoelectric constant or the shift direction from the origin of the coercive electric field in the PE hysteresis curve is reverse. There is a way to make sure there is a certain thing.

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。   The size of each polarization is preferably substantially equal. In addition, each polarized portion (each polarizing electrode 102311) preferably has a difference of less than 2% in view of the projected area. As an example, assuming that the length of one arc obtained by equally dividing the circumference of the annular piezoelectric element by 7 is λ, the lengths in the circumferential direction of the two drive phase electrodes are 3 λ. Then, they are circumferentially spaced apart from each other by two spacing portions having a length of λ / 4 and 3λ / 4 in the circumferential direction, and the non-driving phase electrode and the detection phase electrode are spaced at the two spacing portions. It may be configured to be 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。
(Characteristics of electrode, material, formation method)
The polarization electrode 102311, the non-drive phase electrode 10232, the detection phase electrode 10233, and the connection electrode 102312 are formed of a layered or film conductor having a resistance value of less than 10 Ω, preferably less than 1 Ω. The resistance value of the electrode can be evaluated, for example, by measuring with a circuit meter (electric tester). The thickness of each electrode is about 5 nm to 20 μm. The material is not particularly limited as long as it is generally used for a piezoelectric element.

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。   As a material of an electrode, metals, such as Ti, Pt, Ta, Ir, Sr, In, Sn, Au, Al, Fe, Cr, Ni, Pd, Ag, and Cu, and these compounds can be mentioned, for example. The electrode may be made of one of these, or may be made by laminating two or more of these. Further, the electrodes disposed in the piezoelectric element may be made of different materials. Among these, as an electrode used in the present invention, an Ag paste, a baked electrode of Ag, a sputtering electrode of Au / Ti, and the like are preferable because they have 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。
(Configuration of diaphragm)
The second surface of the annular diaphragm has a plurality of grooves extending radially 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。   Furthermore, the second surface of the annular diaphragm has radially extending grooves at X locations, and the center depths of the grooves at the X locations are D1 to DX in the circumferential direction, respectively. Preferably, DX changes along a superimposed curve of one or more 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 the diaphragm 101 in contact with the movable body 2 has a plurality of grooves 1012 having a U-shaped cross section extending radially. The "cross-section U-shaped" referred to herein means a cross-sectional shape having bottom surfaces substantially parallel to both wall surfaces substantially perpendicular to the second surface of the diaphragm. However, the present invention is not limited to the so-called U-shape in which the bottom surface and each wall surface are round and smoothly connected. A so-called rectangular shape in which the bottom surface and the wall surfaces are connected at right angles with each other, an intermediate shape thereof, or a slight deformation from them, a shape conforming to a so-called U shape, Widely include what can be considered as

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 diaphragm 101 as viewed from the side (the second surface) in contact with the moving body 2, and FIGS. 5 (b) -5 (d) are The example of the cross-sectional shape of the groove part of a U-shaped cross section included in invention is shown.

(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 diaphragm 101 has a plurality of grooves 1012 provided radially, and a projection 1011 separating the two adjacent grooves is provided. And, since a plurality of radially extending grooves 1012 are arranged in the circumferential direction, the number of protrusions 1011 formed therebetween is the same as that of the grooves. The upper surface of the protrusion 1011 corresponds to the second surface of the annular vibrator, and also serves as a reference surface when defining the depth of each groove, and can be regarded as a protrusion for the groove which is a recess. This is called a "protrusion".

(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)
The central depth of the groove 1012 of the present invention is characterized in that at least one is a different depth. However, in FIG. 2, they are drawn as the same center depth. The "center depth" referred to here is the depth at the center position when each groove is viewed from the moving body side. That is, it means the depth of the groove measured from the top surface (the second surface of the vibrating body) of the protrusion at a position corresponding to the center of each groove both in the radial direction and in the circumferential direction. Usually, the bottom surface of the groove portion 1012 is generally parallel to the second surface of the diaphragm 101, and generally flat in the radial direction (the direction in which the groove extends). In addition, since the entire surface is flat in the circumferential direction (the direction in which the grooves are arranged) or the central portion is flat and the both sides (near the wall surface) are concave, the center depth is the individual groove It means the deepest part of the However, it does not necessarily mean the depth of the deepest part because it differs depending on what the bottom shape of each groove portion looks like, for example, the median of the depth (the bottom is inclined in one direction) It may also mean that the However, if the depth at the central position is a value that does not usually have a meaning as a representative value of the depth of the groove (for example, a singular point), the depth at another point near the central position The central depth is a value representative of the depth of the groove. In addition, as long as the measurement position of depth is fixed about all the groove parts, if the bottom face of each groove part has the same shape, the meaning which the center depth has becomes equivalent in all the groove parts.

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 groove portions 1012 at the X points are respectively set to D1 to DX (unit mm) sequentially in the circumferential direction of the diaphragm. In the present invention, D1 to DX are preferably changed along a curve in which one or more sine waves are superimposed.

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+Am×sin(4×2×ω+θ)+Am×sin(5×2×ω+θ)+Am×sin(6×2×ω+θ)+Am×sin(8×2×ω+θ) 数式(1)
For example, the fourth, fifth, sixth, and eighth orders (the number of waves along the ring is 4, 5, 6) become unnecessary traveling waves for the traveling waves of seven waves along the ring targeted by the present invention. When suppressing the traveling wave of 8), it is good to change D1-DX along the curve which overlapped one or more and four or less sine waves. The general formula of the curve which superimposed the sine wave in that case becomes like following Numerical formula (1).
D = D ave + Am 4 x sin (4 x 2 x ω + θ 4 ) + Am 5 x sin (5 x 2 x ω + θ 5 ) + Am 6 x sin (6 x 2 x ω + θ 6 ) + Am 8 x sin (8 x 2 x ω + 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 Expression (1), ω is an angle indicating the center line position of the radially extending groove of the annular diaphragm 101. θ is an angle indicating a phase difference, and is appropriately determined so as to satisfy the conditions described later according to the embodiment. D (unit mm) indicates an ideal groove depth at the center position of an arbitrary groove of the annular diaphragm 101, and D1 to DX is D ± 0.1 mm. Further, the magnitude relationship between D1 and DX is identical to D calculated by equation (1). Dave (unit mm) is a standard depth of the groove portion 1012 which is separately set as an average value of D1 to DX.

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 represents the amplitude of each superimposed sine wave in a curve representing the change in the center depth of the groove, and the suffix indicates the order (wave number) of the unwanted traveling wave intended to be reduced ing. At least one or more of Am4, Am5, Am6 and Am8 take values other than zero. The number of sine waves with non-zero amplitude is the number of superpositions of sine waves. The upper limit of the number of superpositions of sine waves is not particularly limited as long as it is one or more. However, even if five or more sine waves are superposed, the effect of reducing the unnecessary traveling wave is not significantly improved. Efficiency may be reduced. Therefore, the number of superposition of sine waves is preferably 1 or more and 4 or less. The number of superposition of sine waves is more preferably 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。   6 (a) -6 (f) are schematic views showing changes in the center depth of the groove of the diaphragm in one embodiment of the vibration wave motor according to the present invention, respectively. 6 (a), 6 (c) and 6 (e) are an example showing the difference between the central depth of each groove and the standard depth Dave assuming X = 90. The horizontal axis of the plot indicates the order of 90 grooves (hereinafter referred to as groove number). Although the number 0 does not exist originally, it is used for convenience in order to indicate the depth of the 90th groove twice on the plot. The plot of the depth of each groove in FIGS. 6 (a) and 6 (c) is in each case along a curve superimposed of two sine waves. Also, the plot of the depth of each groove in FIG. 6 (e) is along a curve in which four sine waves are superimposed. FIGS. 7 (a), 7 (b), 7 (c) and 7 (d) show groove depths for suppressing the fourth, fifth, sixth and eighth traveling waves, respectively. When these sine waves are superimposed, a curve shown in FIG. 6 (e) is obtained.

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。   FIG. 6 (b) shows the central depth of each groove shown in FIG. 6 (a) as the standard depth Dave = 1.85 mm, and FIG. 6 (f) shows the groove shown in FIG. 6 (e). The center depth is a standard depth Dave = 1.85 mm. Each drawing is a schematic diagram showing the relationship between the height and the depth of the projection and the groove when applied to the diaphragm 101 respectively. Further, in FIG. 6D, the height and depth of the protrusions and grooves when applied to the diaphragm 101 with the center depth of each groove shown in FIG. 6C as the standard depth Dave = 1.65 mm. It is a schematic diagram which plots and shows the relationship of. In these examples, the heights of the protrusions starting from the first surface of the diaphragm are equal. The horizontal axis of the plot indicates the positions (stretching directions) of the 90 grooves at an angle viewed from the center of the torus. The values on the horizontal axis are relative ones, but in FIG. 6 (b), the end of the groove No. 89 in FIG. 6 (a) is the starting point. Also, in FIG. 6 (d), the end of groove 89 in FIG. 6 (c) is the starting point, and in FIG. 6 (f), the end of groove 89 in FIG. 6 (e) is the starting point And

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 setting the groove depth as shown in FIG. 6 (a) -6 (f), the unnecessary traveling wave (quartic, fifth, sixth, eighth) selected for the seventh-order traveling wave is obtained. Occurrence is greatly suppressed. For example, focusing only on the fourth-order unnecessary traveling wave, as shown in the second term of the equation (1), the center depth of the groove is 8 local maximums (deep portions) and 8 local It comes to have minimum parts (shallow parts) at equal intervals (angle of π / 4). Since the positions of the antinodes of the standing waves generated in the two drive phase electrode parts are also shifted at an angle of π / 4, one of the standing waves vibrates at a point where the elastic modulus is low, so the resonant frequency is Shift to the low frequency side. The other standing wave vibrates at a high elastic modulus, so the resonance frequency shifts to the high frequency side. As the resonant frequencies of the standing waves mutually separate, as a result, the fourth-order traveling wave (unwanted traveling wave) is not generated. The suppression mechanism is the same for the 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 the center depth of the X groove 1012 in the diaphragm 101 of the vibration wave motor is at least one different depth and changes along a curve obtained by superposing one or more sine waves. The following method can be illustrated as a method. First, the coordinates and depth of the central portion of each groove with respect to the circumferential length on the outer diameter side of the diaphragm are measured. The coordinate of the groove is taken on the horizontal axis, and the measured depth is taken on the vertical axis, and the plots are complemented to assume a curve in which the groove depth exists at all the coordinates. By Fourier transforming this curve, the existence and number of sine waves can be known.

(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 sensing phase electrode and groove center depth)
Of the grooves 1012 at the X locations, the central depth of the groove closest to the detection phase electrode 10233 is Dsen. Here, "sen" is a natural number and is 1 or more and X or less. The closest groove is determined with the center of the detection phase electrode 10233 as a reference point. Let Dsen-1 and Dsen + 1 be the center depths of two groove portions adjacent to the closest groove portion. At this time, it is preferable that | Dsen + 1-Dsen-1 | / Dsen is 5% or less. It is more preferable that | Dsen + 1−Dsen−1 | / Dsen ≦ 2%. By setting the relationship between the central depths of the three groove portions within the above range, the central depths of the adjacent groove portions centering on the detection phase electrode 10233 become close. As a result, the amplitude of the vibrator 1 in the vicinity of the detection phase electrode 10233 at the time of driving of the vibration wave motor is approximately the same whether it is clockwise or counterclockwise driving, and the vibration wave by the drive circuit Motor drive control becomes easy.

(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 diaphragm 101 is preferably an elastic body for the purpose of forming a traveling wave of bending vibration integrally with the piezoelectric element 102 and transmitting the vibration to the moving body 2. Further, the diaphragm 101 is preferably made of metal in terms of the property as an elastic body and the processability. Examples of metals that can be used for the diaphragm 101 include aluminum, brass, Fe-Ni 36% alloy, and stainless steel. Among them, it is stainless steel that can obtain a high rotation speed in combination with the piezoelectric ceramic 1021 having a Young's modulus of 100 GPa or more and 135 GPa or less at room temperature used in the present invention. The stainless steel as used herein refers to an alloy containing 50% by mass or more of steel and 10.5% by mass or more of chromium. Among stainless steels, martensitic stainless steel is preferable, and SUS420J2 is most preferable as a material of the diaphragm 101.

(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 vibration damping member 4 and the pressure member 5 are different, and the effect of the present invention can be obtained in any form. 8 (a), 8 (b) and 8 (c) are views of the vibration wave motor seen from an oblique direction, and in fact the vibrator, the moving body and the vibration damping member are pressurized by the pressure member. Although they are in contact, they are illustrated separately in the central axis direction of the annular ring. However, illustration of the electrodes of the piezoelectric element is omitted.

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 traveling waves other than the 7th traveling wave, the groove depth has 4th, 5th, 6th, and 8th sine waves superimposed on the diaphragm. It is changing along the combined 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 vibrator 1 of FIG. 8 represents a deformed state when the amplitude of the unnecessary sixth order standing wave generated when the oscillatory wave motor is driven becomes maximum, and the antinode of the sixth order unnecessary standing wave The vibration damping member 4 is provided so as to suppress the position (abdomen) of. However, the amount of deformation of the vibrator 1 is illustrated with a large deformation ratio. As shown in FIG. 8, by providing the vibration damping member 4 at a position corresponding to a part or all of the abdomen of the standing wave, the pressurization by the pressing member 5 becomes uneven and the vibration damping member 4 is positioned. It grows locally.

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 abdomen of a standing wave of any order generated when the oscillatory wave motor is driven, an input signal of a small voltage (for example, a small voltage to the drive phase electrode of the oscillator) is firstly Input an AC voltage of 1V to 10V. Then, it can be confirmed by measuring the vibration amplitudes 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 minimized is a node, the position is called a node, the point at which the vibration amplitude is maximized is an antinode, and the position is called an abdomen.

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。   When the unnecessary standing waves of the same order appear at different places at a plurality of frequencies, the vibration damping member 4 may be provided to suppress the abdomen of each standing wave. The vibration damping member 4 may be provided to select the unnecessary standing wave having the larger vibration amplitude and suppress its abdomen.

振動減衰部材を設ける場所は別の方法で決めても良い。   Where to provide the vibration damping member may be determined in another way.

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。   The vibration wave motor according to the present invention is a vibration wave motor including a vibrator, a moving body, a vibration damping member, and a pressure member, wherein the vibrator is an annular diaphragm, and the first of the diaphragms. It comprises an annular piezoelectric element provided on the surface. The diaphragm is in contact with the movable body at a second surface opposite to the first surface. The piezoelectric element may be a ring-shaped piece of piezoelectric ceramic, a common electrode provided on the surface of the piezoelectric ceramic facing the diaphragm, and a surface on which the common electrode of the piezoelectric ceramic 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 radially extending grooves at X points, and D1 to DX is 1 when the center depth of the grooves at the X points is sequentially D1 to DX in the circumferential direction. It is preferable to change along a curve in which three or more sine waves are superimposed. And it is preferable that the said pressurization is locally large in part or all of a sine wave abdominal part.

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. 7C shows the groove depth for suppressing the sixth-order traveling wave, and the groove depth changes so as to follow the sine wave curve represented by the equation (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 vibration amplitude of the sixth-order unnecessary standing wave with the groove depth becoming maximum at the maximum tends to be large. Therefore, by providing the vibration damping member on the abdomen of the sixth unnecessary unwanted standing wave, that is, the abdominal portion of the sine wave in FIG. 7C, the abdominal of the unwanted standing wave can be suppressed and the vibration amplitude can be reduced. . As a result, the generation of abnormal noise and the reduction in output can be suppressed.

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 the vibration damping member, the thickness of the vibration damping member is increased in part or all of the abdomen of the standing wave generated when the vibration wave motor is driven, The configuration may be such that the pressure is locally increased.

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 according to the present invention, preferably, the contact portion between the vibration damping member and the piezoelectric element is separated into a plurality of places. As shown in FIG. 8A, the contact portion between the vibration damping member and the piezoelectric element can be pressurized more locally than in the configuration of FIG. 8B by being separated into a plurality of places. Therefore, unnecessary 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 vibration damping members 4 have an annular shape in the example of FIGS. 8B and 8C, but when separated as shown in FIG. 8A, each vibration damping member 4 has a fan shape.

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 even if the pressure is locally increased at a part of the abdomen of the standing wave generated when the vibration wave motor is driven. However, in order to suppress the unnecessary standing wave more effectively, the pressurization is locally increased 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。
(Pressure is local)
Here, whether pressure is locally increased at a place as expected is determined by, for example, inserting a pressure-sensitive paper or a film-like pressure sensor between the vibrator and the vibration damping member and pressing the pressure by the pressure member. You can check it by yourself.

(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。
(The circumferential length of the vibration damping member)
When the vibration damping members are provided separately, the circumferential length of each of the vibration damping members is preferably as short as possible. In order to suppress unnecessary standing waves more effectively, assuming that the wavelength of the Nth standing wave generated when the vibration wave motor is driven is PN, the abdomen of the Nth standing wave is centered Preferably shorter than PN / 4. As a result, the pressure increases locally locally, so that unnecessary standing waves are further suppressed. Further, from the viewpoint of processability, the shortest part of the circumferential length of the vibration damping member 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 pressing member vibrates, noise is generated. Therefore, in order to prevent the vibration of the vibrator from being transmitted to the pressing member through the vibration damping member, the thickness is preferably 0.3 mm or more. Also, 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, the seventh order) for driving the vibration wave motor is absorbed too much and the moving body is It becomes difficult to transmit the force as a reaction force. The preferred 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。   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 the piezoelectric element, the outer edge portion of the vibration damping member may inhibit 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。   Although the inner diameter and the outer diameter of the vibration damping member have been described above, the inner diameter is preferably larger than the inner diameter of the piezoelectric element and the outer diameter is preferably smaller than the outer diameter of the piezoelectric element.

(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)
The vibration wave motor of the present invention may be configured such that the pressing member has a convex portion at a position where the abdomen of the standing wave is pressed.

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 convex portion 5021 is provided on an annular flat plate which constitutes a pressure member. The convex portion 5021 can be provided by press processing or the like, and the position thereof is the entire abdomen of the sixth unnecessary unwanted standing wave of the vibrator. Part or all of the abdomen of the standing wave (unnecessary standing wave) generated when the vibration wave motor is driven by having the convex portion 5021 at a location where the pressing member pressurizes the abdomen of the standing wave The pressure locally increases at. By suppressing the abdomen of the unwanted standing wave, the vibration amplitude of the unwanted standing wave can be reduced. As a result, it is possible to suppress the generation of abnormal noise of the unnecessary standing wave and the output decrease.

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. 8C, one pressing member is provided. However, as in the vibration damping member of FIG. 8A, when a separated pressing member is used to drive the vibration wave motor The 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 locally increased. The convex portion may have a structure that can be locally pressurized, and may have a triangular convex shape or a spherical convex 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 part of pressure member)
In the case where the pressing member is provided with the convex portion 5021, the circumferential length of each pressing member is preferably as short as possible. In order to suppress unnecessary standing waves more effectively, assuming that the wavelength of the Nth standing wave generated when the vibration wave motor is driven is PN, the abdomen of the Nth standing wave is centered Preferably shorter than PN / 4. As a result, the pressure increases locally locally, so that unnecessary standing waves are further suppressed. Further, from the viewpoint of processability, the shortest part of the circumferential length of the convex portion 5021 of the pressing member is preferably 1 mm or more.

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。   The thickness of the pressure member is preferably 1 mm or more and 10 mm or less. When the thickness of the pressing member is 1 mm or more, for example, processing by press processing or the like becomes easy. If the thickness of the pressing member exceeds 10 mm, the vibration wave motor becomes large, which makes it difficult to apply to, for example, a small optical apparatus.

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。   Preferably, the inner diameter of the pressure member is substantially the same as the inner diameter of the vibration damping member. By making the inner diameter of the pressing member substantially the same as the inner diameter of the vibration damping member, alignment when providing the pressing member adjacent to the vibration damping member is facilitated.

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。   8 (a) to 8 (c), the method of suppressing the sixth-order unnecessary standing wave has been described as an example of the embodiment of the present invention. The method of suppressing the unnecessary standing waves of the other orders may be implemented by the same method, so that the pressure applied by the pressing member locally increases in part or all of the unnecessary standing waves of the orders to be suppressed. Just 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, in the present description, a vibration wave motor using a seventh order bending vibration wave has been taken as an example, but the present invention is also applicable to the case of using bending vibration waves of other orders. For example, in a vibration wave motor using a sixth bending vibration wave, unnecessary standing waves other than the sixth order may be suppressed. The pressure applied by the pressing member may be locally increased in part or all of the unnecessary standing waves to be suppressed. Similarly, the present invention can be applied to a vibration wave motor that utilizes arbitrary bending vibration waves such as eighth order and eleventh order.

(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 the positional relationship during driving)
With the above configuration, unnecessary standing waves can be suppressed, but if the circumferential arrangement of the three members of the annular diaphragm, the vibration damping member, and the pressing member changes during driving, the unnecessary standing waves The effect of suppressing Therefore, in the vibration wave motor according to the present invention, it is preferable that the circumferential arrangement of the annular diaphragm, the vibration damping member, and the three members of the pressure member be fixed to each other. In order to fix them, they may be adhered to each other using an adhesive, or non-slip members may be sandwiched between the members. Further, it 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 piezoelectric ceramic 1021 is not particularly limited as long as the content of lead is less than 1000 ppm (ie, lead-free). For example, piezoelectric ceramics having a composition such as barium titanate, barium calcium titanate, barium calcium titanate zirconate, bismuth sodium titanate, potassium sodium niobate sodium barium niobate titanate, bismuth ferrate, or the like Piezoelectric ceramics which are main components can be used for the vibration wave motor and vibrator 1 of the present invention.

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 ceramic constituting the vibration wave motor of the present invention is preferably made of a barium titanate 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。   The barium titanate material refers to a material whose main phase is a perovskite structure and contains titanium and barium. By using a barium titanate material, it is possible to obtain a high piezoelectric constant necessary for driving the vibration wave motor.

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。
More preferred barium titanate based material is represented by 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
Wherein the content of the metal component other than the main component contained in the piezoelectric ceramic is not more than 1.25 parts by weight in terms of metal based on 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, Mn is contained in the metal oxide, and the content of the Mn is preferably 0.02 parts by weight or more and 0.40 parts by weight or less in terms of metal based on 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。   The molar ratio of the element at the B site to the O element in the general formula (1) is 1: 3, but even if the molar ratio is slightly deviated, it is sufficient if the perovskite structure is 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。   The perovskite structure of the metal oxide can be determined, for example, from structural analysis by 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 which shows the molar ratio of Ca in A site in General formula (1) is the range of 0.02 <= x <= 0.30. When a part of Ba in the perovskite type barium titanate is replaced with Ca in the above range, the phase transition temperature between orthorhombic and tetragonal shifts to the low temperature side. Stable piezoelectric vibration can be obtained. However, if x is larger than 0.30, the piezoelectric constant of the piezoelectric ceramic is not sufficient, and the rotational speed of the vibration wave motor may be insufficient. On the other hand, if x is smaller than 0.02, dielectric loss (tan δ) may increase. When the dielectric loss increases, the heat generated when the motor is driven by applying a voltage to the piezoelectric element 102 increases, and the motor driving efficiency may be reduced.

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 shows the molar ratio of Zr in B site is the range of 0.020 <= y <= 0.095. If y is smaller than 0.020, the piezoelectric constant of the piezoelectric ceramic is not sufficient, and the rotational speed of the vibration wave motor may be insufficient. On the other hand, if y is larger than 0.095, the depolarization temperature, which is the piezoelectric ceiling temperature, may decrease as the depolarization temperature (Td) becomes lower than 80 ° C., and the piezoelectric characteristics of the piezoelectric ceramic 1021 may disappear at high temperatures. is there.

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 the present specification, the depolarization temperature (also referred to as Td) means that after sufficient time after polarization treatment, the piezoelectric constant is increased from room temperature to a certain temperature Td (° C.) and then lowered again to room temperature. Refers to a temperature that is decreasing compared to the piezoelectric constant before raising. In the present specification, a temperature which is less than 90% of the piezoelectric constant before the temperature is raised is called 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 of the molar amount of Ba to Ca at the A site and the molar amount of Ti to Zr at the B site, is in the range of 0.986 ≦ α ≦ 1.100. preferable. If α is smaller than 0.986, abnormal grain growth is likely to occur in the crystal grains constituting the piezoelectric ceramic 1021, and the mechanical strength of the piezoelectric ceramic 1021 is reduced. On the other hand, if α is larger than 1.100, the temperature required for grain growth of the piezoelectric ceramic 1021 becomes too high, and sintering can not be performed in a general firing furnace. Here, “incapable of sintering” means that the density does not have a sufficient value, or that a large number of pores and defects exist in the piezoelectric ceramic.

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。   The means for measuring the composition of the piezoelectric ceramic 1021 is not particularly limited. Means include X-ray fluorescence analysis, ICP emission spectroscopy, atomic absorption analysis and the like. The weight ratio and the composition ratio of each element contained in the piezoelectric ceramic 1021 can be calculated by using any measurement means.

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 contains a perovskite-type metal oxide represented by the general formula (1) as a main component, and the metal oxide contains Mn. 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 the content of Mn in the above range is included, the insulating property and the mechanical quality factor Qm are improved. Here, the mechanical quality factor Qm is a factor representing an elastic loss due to vibration when the piezoelectric element is evaluated as a vibrator, and the magnitude of the mechanical quality factor is observed as the sharpness of the resonance curve in the impedance measurement. Ru. That is, it is a constant representing the sharpness of resonance of the piezoelectric element. When the mechanical quality factor Qm is large, the strain amount of the piezoelectric element becomes larger near the resonance frequency, and the piezoelectric element can be effectively vibrated.

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。   The improvement of the insulating property and the mechanical quality factor is considered to be derived from the fact that a defect dipole is introduced by Mn having a valence different from Ti and Zr to generate an internal electric field. When an internal electric field is present, the reliability of the piezoelectric element 102 can be secured when a voltage is applied to the piezoelectric element 102 to drive it.

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, metal conversion indicating the content of Mn means each of Ba, Ca, Ti, Zr, and Mn measured from the piezoelectric ceramic 1021 by fluorescent X-ray analysis (XRF), ICP emission spectral analysis, atomic absorption analysis or the like. It is calculated from the metal content. That is, the element which comprises the metal oxide represented by General formula (1) is converted into an oxide from those content, and the value calculated | required by the ratio with respect to the weight of Mn with respect to when the total weight is 100 is represented.

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 content of Mn is less than 0.02 parts by weight, the effect of the polarization process necessary for driving the piezoelectric element 102 may not be sufficient. On the other hand, when the content of Mn is larger than 0.40 parts by weight, piezoelectric properties may not be sufficient, or crystals of hexagonal crystal structure not contributing to the piezoelectric properties may be developed.

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 metal Mn, as long as it is contained in the piezoelectric material as an Mn component, and the form of the content is not limited. For example, it may be in solid solution at the B site or may be contained in grain boundaries. Alternatively, the Mn component may be contained in the piezoelectric ceramic 1021 in the form of metal, ion, oxide, metal salt, complex or the like. A more preferable form of inclusion is to form a solid solution in the B site from the viewpoint of insulating property and sinterability. Assuming that the ratio of the molar amount of Ba and Ca at the A site to the molar amount of Ti, Zr and Mn at the B site is A2 / B2 when dissolved in the B site, the preferable range of A2 / B2 is 0.993 ≦ It is A2 / B2 <= 0.998.

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。   The piezoelectric ceramic 1021 may contain 0.042 to 0.850 parts by weight of Bi in terms of metal per 100 parts by weight of the metal oxide represented by the general formula (1). The content of Bi relative to the metal oxide can be measured, for example, by ICP emission spectroscopy. Bi may be present at the grain boundaries of the ceramic piezoelectric material, or may be in solid solution in the (Ba, Ca) (Ti, Zr) O 3 perovskite structure. The presence of Bi at grain boundaries reduces interparticle friction and increases the mechanical quality factor. On the other hand, when Bi is incorporated into a solid solution forming a perovskite structure, the temperature transition of the piezoelectric constant is reduced because the phase transition temperature is lowered, and the mechanical quality factor is further improved. It is preferable that the position when the Bi is incorporated into the solid solution be 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 the element contained in the general formula (1) and components other than Mn and Bi (hereinafter, subcomponents) in the range in which the characteristics do not change. The total amount of the auxiliary components is preferably less than 1.2 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the metal oxide represented by the general formula (1). If the amount of the accessory component exceeds 1.2 parts by weight, the piezoelectric properties and the insulating properties of the piezoelectric ceramic 1021 may be degraded. The content of metal elements other than Ba, Ca, Ti, Zr, and Mn among the auxiliary components is 1.0 part by weight or less in terms of oxide or 0.1% in terms of metal with respect to 100 parts by weight of the piezoelectric ceramic. It is preferably 9 parts by weight or less. In the present invention, metal elements also include metalloid elements such as Si, Ge and Sb. When the content of metal elements other than Ba, Ca, Ti, Zr, and Mn exceeds 1.0 part by weight in oxide conversion or 0.9 part by weight in metal conversion with respect to 100 parts by weight of piezoelectric ceramic, piezoelectric There is a possibility that the piezoelectric properties and the insulation properties of the ceramic 1021 may be significantly reduced.

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, Sr and Mg may be contained in the piezoelectric material of the present invention to such an extent that they are contained as unavoidable components in the commercially available materials of Ba and Ca. Similarly, Nb which is contained as an unavoidable component in the commercially available raw material of Ti and Hf which is contained as an unavoidable component in the commercially available raw material of Zr may be contained in the piezoelectric ceramic 1021 of the present invention.

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。   The means for measuring the parts by weight of the accessory component is not particularly limited. Means include fluorescent X-ray analysis (XRF), ICP emission spectral analysis, atomic absorption analysis 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 described. FIG. 9 is a schematic view showing an embodiment of a drive control system of the present invention. The drive control system at least includes the vibration wave motor of the present invention and a drive circuit electrically connected to the vibration wave motor. The drive circuit incorporates a signal generation mechanism that generates a seventh-order bending vibration wave in the vibration wave motor of the present invention and emits an electrical signal for rotational driving.

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 an alternating voltage 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, standing waves generated in the A phase and the B phase are combined, and a seventh-order bending vibration wave (wavelength λ) traveling in the circumferential direction is generated on the second surface of the diaphragm 101.

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, since each point on the protrusion 1011 of the X portion of the diaphragm 101 performs an elliptical motion, the movable body 2 receives a frictional force in the circumferential direction from the diaphragm 101 and rotates. When the seventh order bending vibration wave is generated, the detection phase electrode 10233 generates a detection signal according to the amplitude of the vibration of the piezoelectric ceramic 1021 in a portion in contact with the electrode, and outputs the signal to the drive circuit through the wiring. The drive circuit compares the phase of the detection signal with the phase of the drive signal input to the drive phase electrode 10231 to grasp the deviation from the resonance state. By determining again the frequency of the drive signal input to the drive phase electrode 10231 from this information, feedback control of the oscillatory wave motor becomes possible.

(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 apparatus of the present invention will be described. The 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 the interchangeable lens barrel of a single-lens reflex camera which is an example of the preferred embodiment of the optical apparatus according to the present invention. FIG. 11 is an exploded perspective view of the interchangeable lens barrel of the single-lens reflex camera which is an example of the preferred embodiment of the optical apparatus according to the present invention. A fixed barrel 712, a rectilinear guide barrel 713, and a front lens group barrel 714 for holding the front lens group 701 are fixed to the detachable mount 711 for the camera. These are fixing members of the interchangeable lens barrel.

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。   In the rectilinear guide cylinder 713, a rectilinear guide groove 713a in the optical axis direction for the focus lens 702 is formed. Cam rollers 717a and 717b protruding radially outward are fixed by a shaft screw 718 to the rear lens group barrel 716 holding the focus lens 702, and the cam roller 717a is fitted in the rectilinear guide groove 713a.

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 cam ring 715 is rotatably fitted on the inner circumference of the rectilinear guide cylinder 713. The relative movement in the optical axis direction of the rectilinear guide cylinder 713 and the cam ring 715 is restricted by the roller 719 fixed to the cam ring 715 being fitted into the circumferential groove 713 b of the rectilinear guide cylinder 713. A cam groove 715a for the focus lens 702 is formed in the cam ring 715, and the above-mentioned cam roller 717b is simultaneously fitted in the cam groove 715a.

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 rotation transmission ring 720 which is held by the ball race 727 so as to be able to rotate at a fixed position relative to the fixed cylinder 712 is disposed on the outer peripheral side of the fixed cylinder 712. A roller 722 is rotatably held by a shaft 720f radially extending from the rotation transmission ring 720 in the rotation transmission ring 720, and the large diameter portion 722a of the roller 722 contacts the mount side end face 724b of the manual focus ring 724 doing. The small diameter portion 722 b of the roller 722 is in contact with the bonding member 729. Six rollers 722 are arranged at equal intervals on the outer periphery of the rotation transmission ring 720, and the respective rollers are configured in the above-described relationship.

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 disposed in the inner diameter portion of the manual focus ring 724, and the low friction sheet is sandwiched between the mount side end face 712a of the fixed cylinder 712 and the front end face 724a of the manual focus ring 724 There is. Further, the outer diameter surface of the low friction sheet 733 is ring-shaped and is fitted with the inner diameter 724c of the manual focus ring 724. Furthermore, the inner diameter 724c of the manual focus ring 724 is the diameter with the outer diameter portion 712b of the fixed cylinder 712 It is fitting. The low friction sheet 733 serves to reduce the friction in the rotary ring mechanism in which the manual focus ring 724 rotates relative to the fixed barrel 712 about the optical axis.

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-diameter portion 722a of the roller 722 and the mount-side end surface 724b of the manual focus ring are in contact with each other in a state where a pressing force is applied by the force that the wave washer 726 presses the vibration wave motor 725 to the front. . Similarly, due to the force of the wave washer 726 pressing the vibration wave motor 725 to the front of the lens, the small diameter portion 722b of the roller 722 and the bonding member 729 are also in contact with each other in a state where an appropriate pressure is applied. The wave washer 726 is restricted in movement in the mounting direction by the washer 732 which is bayonet-coupled to the fixed cylinder 712, and the spring force (biasing force) generated by the wave washer 726 is the vibration wave motor 725 and further Then, the manual focus ring 724 also acts as a pressing force on the mount side end surface 712 a of the fixed barrel 712. That is, the manual focus ring 724 is incorporated in a state of being pressed against the mount side end surface 712 a of the fixed cylinder 712 via the low friction sheet 733.

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 vibration wave motor 725 is rotationally driven with respect to the fixed cylinder 712 by the drive circuit including a signal generation mechanism (not shown), the bonding member 729 is in frictional contact with the small diameter portion 722b of the roller 722, The roller 722 rotates around the center of the shaft 720f. When the roller 722 rotates around the shaft 720f, as a result, the rotation transmission ring 720 rotates around the optical axis (autofocus operation).

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 manual focus ring 724 from a manual operation input unit (not shown), the following operation is performed. That is, since the mount side end surface 724b of the manual focus ring 724 is in pressure contact with the large diameter portion 722a of the roller 722, the roller 722 rotates around the shaft 720f by the frictional force. When the large-diameter portion 722a of the roller 722 rotates around the axis 720f, the rotation transmission ring 720 rotates around the optical axis. At this time, the vibration wave motor 725 does not rotate due to the frictional holding force of the moving body 725c and the vibrator 725b (manual focus operation).

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 focus keys 728 are attached to the rotation transmission ring 720 so as to face each other, and the focus key 728 is engaged with a notch 715 b provided at the tip of the cam ring 715. Therefore, when the auto focus operation or the manual focus operation is performed and the rotation transmission ring 720 is rotated about the optical axis, the rotational force is transmitted to the cam ring 715 through the focus key 728. When the cam ring is rotated around the optical axis, the rear lens group barrel 716 is rotationally restricted by the cam roller 717a and the rectilinear guide groove 713a, and is advanced and retracted along the cam groove 715a of the cam ring 715 by the cam roller 717b. Thereby, the focus lens 702 is driven to perform the focus operation. That is, the position of the focus lens 702 which is an optical member changes due to the mechanical connection with the vibration wave motor 725.

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。   Although the interchangeable lens barrel of a single-lens reflex camera has been described above as the optical apparatus of the present invention, the present invention is not limited to a variety of cameras such as compact cameras and electronic still cameras, provided with vibration wave motors. Can be applied to various optical devices.

(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 provided with the above-described vibration wave motor can also be provided, and can be used for various applications.

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。   Next, the vibration wave motor, the drive control system and the optical apparatus of the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited by 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。
(Example of manufacturing an annular piece of piezoelectric ceramic)
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。
In the general formula (1), it corresponds to a composition of x = 0.14, y = 0.06, α = 1.00 (Ba 0.86 Ca 0.14) 1.00 (Ti 0.94 Zr 0.06) O 3
The corresponding raw powders were weighed as follows, with the intention of adding Mn and Bi to the

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。
By using barium titanate, calcium titanate and calcium zirconate having a perovskite type structure and having an average particle diameter of 300 nm or less as the raw material powder, Ba, Ca, Ti, and Zr can be (Ba0.86Ca0.14) 1.00 (Ti0.94Zr0.06) O3
It weighed so that it might become the composition of. Barium carbonate and titanium oxide were used to adjust x indicating the molar ratio of A site to B site. Said composition (Ba0.86Ca0.14) 1.00 (Ti0.94Zr0.06) O3
Trimanganese tetraoxide was added such that the content of Mn was 0.14 parts by weight in terms of metal based on 100 parts by weight of the above. Similarly, bismuth oxide was added such that the content of Bi 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 mixed powders. In order to granulate the obtained mixed powder, a PVA binder in an amount of 3 parts by weight with respect to the mixed powder was attached to the surface of the mixed powder using a spray dryer apparatus 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 disc-shaped compact was produced by applying a molding pressure of 200 MPa using a press molding machine. The size of the mold used for the disc-like molding had a margin of 2 mm, 2 mm, and 0.5 mm with respect to the outer diameter, the inner diameter, and the thickness of the target disk-like piezoelectric ceramic.

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 resulting compact was placed in an electric furnace, held at a maximum temperature of 1340 ° C. for 5 hours, and sintered in air for a total of 24 hours. Next, the sintered body is ground into an annular shape having a desired outer diameter, inner diameter, and thickness, respectively, and an annular piezoelectric ceramic with an outer diameter of 76.9 mm, an inner diameter of 67.2 mm, and a thickness of 0.5 mm. I 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 ceramic was evaluated by ICP emission spectroscopy. As a result, the lead content of each of the piezoelectric ceramics produced by the above method was less than 1 ppm. In addition, when the results of ICP emission spectrometry and X-ray diffraction measurement are combined, the composition of the piezoelectric ceramic is (Ba0.86Ca0.14) 1.00 (Ti0.94Zr0.06) O3.
It was found that the composition was composed mainly of a perovskite-type metal oxide that can be represented by the following composition, and 0.14 parts by weight of Mn and 0.18 parts by weight of Bi with respect to 100 parts by weight of the main components .

(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。
(Production example of diaphragm)
FIGS. 12 (a) and 12 (b) are schematic views showing an example of an annular diaphragm used for 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 produce a diaphragm used in the present invention, an annular metal plate 101a as shown in FIG. 12 (a) was prepared. The metal plate 101a is formed of magnetic stainless steel SUS420J2 of JIS standard. SUS420J2 is a martensitic stainless steel and is an alloy containing 70% by mass or more of steel and 12 to 14% by mass of chromium.

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 outer diameter, the inner diameter and the thickness of the metal plate 101a were a metal plate 101a having an outer diameter 2R of 77.0 mm, an inner diameter of 67.1 mm and a thickness of 5.0 mm.

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, groove portions 1012 at 90 places (X = 90) were radially cut and formed (groove cutting) radially on one surface (second surface) of the annular metal plate 101a. The wall surface of each groove portion 1012 was vertical when viewed from the first surface of the diaphragm 101 which is not grooved. The groove bottom portion of each groove portion 1012 has a deepest center as shown in FIG. 5C. The diaphragm 101 used in the vibrator 1 of the present invention is obtained by subjecting the metal plate 101a after the grooving to barrel processing, lap polishing, and electroless nickel plating processing.

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。   The groove portion 1012 of the diaphragm 101 is formed in a rectangular shape of 1.0 mm in width when viewed from the second surface side, so the protrusion 1011 has a fan shape in which the width becomes wider on the outer diameter side of the annular ring.

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 groove portions 1012 of the diaphragm 101 were made to be the depths shown in FIG. That is, D1 to D90 change along a curve in which four sine waves are superimposed.

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。   Also, the depth variation of D1 to D45 and the depth variation of D46 to D90 are as shown in Table 1. Such a configuration can suppress unnecessary traveling waves other than the seventh order.

Figure 2019088183
Figure 2019088183

(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 manufacturing a vibrator)
FIGS. 13 (a) to 13 (d) are schematic process drawings showing an example of a method of 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 ceramic shown in the above-mentioned production 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 common electrode 1022 is formed on one surface of the annular piezoelectric ceramic 1021 shown in FIG. 13A by screen printing of silver paste, as shown in FIG. 13C. As shown in FIG. 13B, twelve polarization electrodes 102311, three non-driving phase electrodes 10232, and one detection phase electrode 10233 were formed on the other surface. At this time, the distance between adjacent electrodes of each electrode shown in FIG. 13B was 0.5 mm.

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, a DC power supply is used between the common electrode 1022 and the polarization electrode 102311, the non-driving phase electrode 10232, and the detection phase electrode 10233 so that the expansion and contraction polarity of the piezoelectric element becomes as shown in FIG. Polarization was performed in air. The voltage was set such that an electric field of 1.0 kV / mm was applied, and the temperature and voltage application time were set to 100 ° C. and 60 minutes, respectively. In addition, the voltage was applied until the temperature reached 40 ° C. during the temperature decrease.

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. 13D, in order to connect the polarization electrodes 102311, a connection electrode 102312 is formed of silver paste, and by combining both types of electrodes into two drive phase electrodes 10231, piezoelectricity is achieved. The element 102 was obtained. The silver paste was dried at a temperature sufficiently lower than the depolarization temperature of the piezoelectric ceramic 1021. The resistance value of the driving phase electrode 10231 was measured by a circuit meter (electric tester). One of the testers is in contact with the surface of the portion of the polarization electrode 102311 closest to the detection phase electrode 10233, and the other is with the surface of the portion of the polarization electrode 102311 farthest in the circumferential direction of the ring shape of the drive phase electrode 10231. I did. As a result, the resistance value of the drive phase electrode 10231 was 0.6Ω.

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. 13E, attention is focused on a region where two driving phase electrodes 10231 of the piezoelectric element 102, two non-driving phase electrodes 10232, and a detection phase electrode 10233 are straddled. In these regions, the flexible printed circuit 3 was crimped in a room temperature process using a moisture-curable epoxy resin adhesive. The flexible printed circuit board 3 is a member provided for the purpose of feeding power to the electrode group and taking out a detection signal, and a connector portion (not shown) for connecting to the electric wiring 301, the insulating base film 302, and an external drive circuit. ).

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 piezoelectric element 102 was pressure-bonded to the first surface of the diaphragm 101 by a room temperature process using a moisture-curable epoxy resin adhesive. The vibrator 101 was produced by connecting the vibrating plate 101 and the three non-driving phase electrodes 10232 with a short circuit wiring (not shown) made of silver paste. The silver paste was dried at a temperature sufficiently lower than the depolarization temperature of the piezoelectric ceramic 1021.

(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 wave of oscillator and confirmation of position of unnecessary standing wave)
Next, an alternating voltage is applied to the vibrator 1 obtained in the above manufacturing example while changing the frequency, and using an impedance analyzer and a laser Doppler vibrometer, the resonance frequency and the wave number of the generated bending vibration wave The position was evaluated.

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 measurement of the resonance frequency was performed on the A phase of the drive phase electrode 10231. First, in order to apply an alternating voltage to the A-phase electrode, the B-phase electrode and the detection phase electrode 10233 are short-circuited with the non-drive phase electrode 10232 using the connector portion of the flexible printed board 3 to evaluate the shorted portion Wired to the ground side of the external power supply.

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。   The impedance at room temperature was measured by applying an alternating voltage of 10 V in amplitude with variable frequency to the A-phase electrode. The frequency was changed from the high frequency side, for example 50 kHz, to the low frequency side, for example 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(反共振)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 vibrator 1 using the piezoelectric ceramic and the diaphragm shown in the above-mentioned production example. In FIG. 14, peaks of standing waves of a plurality of orders appear, and in each order, a downward peak (resonance) and an upward peak (antiresonance) appear as a pair at close frequencies.

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 the position corresponding to each peak were specified by actually measuring the vibration amplitudes of all the protrusions 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 were peaks corresponding to the occurrence of the fourth, fifth, sixth, seventh and eighth 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。   Referring to FIG. 14, in the vibrator of the present invention using the diaphragm in which the center depth of the groove is changed according to the present invention, only one desired seventh-order resonance frequency appears, and the fourth order is unnecessary. The 5th, 6th and 8th resonance frequencies appeared at two different frequencies. That is, it turned out that generation | occurrence | production of an unnecessary traveling wave is suppressed with respect to generation | occurrence | production of a desired 7th order traveling wave.

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 vibrator 1, as shown in FIG. 14, since the resonance frequencies to be the fourth, fifth, sixth and eighth standing waves appear at two different frequencies, the standing frequencies of the respective orders can be obtained. We confirmed the position of the standing wave where the vibration amplitude increased with the wave.

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, the fourth-order unwanted standing wave was generated at 8.4 kHz, and the position of the abdomen substantially coincided with the deep portion of the groove in FIG. 7 (a). Also, the fifth-order unwanted standing wave was generated at 13.4 kHz, and its abdomen almost coincided with the deep part of the groove in FIG. 7 (b). Also, the sixth unwanted standing wave occurred at 19.4 kHz, and its abdomen almost coincided with the deep part of the groove in FIG. 7 (c). Also, the eighth-order unwanted standing wave was generated at 33.8 kHz, and its abdomen almost 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。
(Production Example 1 of Vibration Damping Member)
In order to produce a 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, the inner diameter and the 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 sixth-order unnecessary standing wave, circumferentially around the position corresponding to the deep portion of the groove in FIG. 7C. It was radially cut so as to have a length of 1/8 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. 15C, a position corresponding to 1⁄8 of the wavelength P6 of the sixth standing wave in the circumferential direction is shaded in the circumferential direction centering on the position corresponding to the deep portion of the groove in FIG. It is

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 position on this graph corresponds to the abdomen of the standing wave generated when the vibration wave motor is driven and its vicinity.

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 one of the vibration damping members G1 prepared by the above method had a fan-like shape in which the width becomes wider on the outer diameter side of the annular 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 produced vibration damping member G1 was bonded to the surface on the piezoelectric element side of the vibrator 1 using a moisture curing type epoxy resin adhesive so as to be the hatched position of FIG. By disposing the vibration damping member G1 in this manner, a portion corresponding to the antinode of the unnecessary standing wave can be pressurized, and the unnecessary standing wave can be effectively suppressed.

(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 manufactured by the same felt and manufacturing method as the vibration damping member G1. However, in the vibration damping member G2, the fourth order, 5 in the circumferential direction centering on the position corresponding to the deep portion of the groove in FIGS. 7 (a), 7 (b), 7 (c), 7 (d) respectively. It was radially cut to be 1/8 the wavelength of the next, sixth and eighth standing waves. The positions of the respective vibration damping members are shown by hatching in FIGS. 15 (a), 15 (b), 15 (c) and 15 (d). The shaded position on this graph corresponds to the abdomen of the standing wave generated when the vibration wave motor is driven and its vicinity.

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 a position where these meshed positions were superimposed. The position of the vibration damping member is shown by hatching in FIG. The solid line in FIG. 16 is the same as that in FIG. 6E, and represents the groove depth of the vibrator 1. 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 produced vibration damping member G2 was bonded to the surface on the piezoelectric element side of the vibrator 1 using a moisture curing type epoxy resin adhesive so as to be a hatched position in FIG. By disposing the vibration damping member G2 in this manner, it is possible to pressurize a portion corresponding to the antinode of the unnecessary standing wave, and the unnecessary standing wave can be effectively suppressed.

(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。
(Example of manufacturing a conventional vibration damping member)
Separately, in order to use the vibration wave motor of the present invention and the vibration wave motor for comparison, a vibration damping member RG1 was manufactured by the same felt and manufacturing method as the vibration damping member G1. However, it did not cut but remained as a piece of toroid.

(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 for the vibration wave motor of the present invention, two annular SUS plates and a wave washer were prepared so as to be sandwiched therebetween. The outer diameter, inner diameter and thickness of the annular SUS plate were 71.2 mm in outer diameter, 67.2 mm in inner diameter and 1 mm in thickness. Further, the outer diameter of the ring-shaped plate spring was 71.2 mm, the inner diameter was 67.2 mm, and a plate having a hardness of 10 N and a deflection 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 sixth-order unnecessary standing wave with respect to one annular SUS plate, the shaded portion in FIG. 15 (c) has a convex portion 5021 with a height of 1 mm. The press work was done.

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 pressed SUS plate, the annular plate spring, and the annular SUS plate were stacked in this order to obtain a 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。   A moisture-curable epoxy resin is bonded to one surface of the vibration damping member RG1 so that the convex portion of the produced pressure member K1 is at the position of the abdomen of the standing wave shown in FIG. 15C of the vibrator. It adhered using the agent.

(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, a pressing member K2 was produced by the same member and manufacturing method as the pressing member K1. However, in order to suppress unnecessary standing waves of the fourth, fifth, sixth, and eighth orders in the pressing member K2, the shaded portions in FIG. 16 have convex portions with a height of 1 mm. Press processing was performed. The produced pressure member K2 was bonded to the surface on the piezoelectric element side of the vibrator 1 using a moisture curing type epoxy resin adhesive so as to be a hatched position in FIG.

(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。
(Example of manufacture of conventional pressure member)
Separately, in order to use the vibration wave motor of the present invention and the vibration wave motor for comparison, a pressure member RK1 was manufactured by the same members and manufacturing method as the pressure member K1. However, pressing was not performed, and the SUS plate was a flat plate and no projections were provided.

(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。
(Example of manufacturing mobile)
The outer diameter, the inner diameter and the thickness of the metal plate 101a were a metal plate 101a having an outer diameter 2R of 77.0 mm, an inner diameter of 67.1 mm and a thickness of 5.0 mm.

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 mobile body 2 having an outer diameter of 77.0 mm, an inner diameter of 67.1 mm, and a thickness of 5 mm was manufactured for use in the vibration wave motor of the present invention and the vibration wave motor for comparison.

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 after the shape was trimmed by block cutting, the surface was anodized.

(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。
(Production Example and Comparative Example of Oscillatory Wave Motor)
As shown in FIG. 1A and FIG. 2, the movable body, the vibrator 1, the vibration damping member, and the pressure member are stacked in this order, and the movable body 2 is applied to the second surface of the vibrator 1 by the pressure member. Pressure contact was made to produce the vibration wave motors P, Q, R, S of the present invention. Similarly, a vibration wave motor T for comparison was produced. The pressing force was 1.5 kgf for both vibration wave motors.

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 vibration damping members G1, G2, RG1 and pressing members K1, K2, RK1 used in the vibration wave motor of the present invention and the vibration wave motor for comparison.

Figure 2019088183
Figure 2019088183

(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 circuit board 3, the drive phase electrode 10231, the non-drive phase electrode 10232 shorted to the common electrode 1022, the detection phase electrode 10233 and the external drive circuit in the vibration wave motor of the present invention Connected electrically. Thus, the drive control system of the present invention configured as shown in FIG. 9 was produced. The external drive circuit has a control mechanism for driving the oscillatory wave motor and a signal generation mechanism for outputting an alternating voltage for generating a bending oscillatory wave of seven waves according to an instruction of the control mechanism.

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 prepared, and a drive test of the drive control system of the present invention and the drive control system for comparison was performed.

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 was applied to the moving body 2 to give a load of 150 gf · cm (about 1.5 N · cm), and an alternating voltage with an amplitude of 70 V was applied to the A phase and the B phase. The frequency was fixed at 27 kHz, and was applied to the A phase and the B phase with a temporal phase difference of π / 2 in both drive control systems.

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。   At that time, the result of FFT analysis of the voltage signal output from the detection phase electrode is shown in Table 3. Voltage signals output when the vibration wave motor T has voltage values at the frequencies of unnecessary standing waves of four waves, five waves, six waves, and eight waves in each of the vibration wave motors P, Q, R, S, and T Expressed as a percentage change against. However, the first digit was rounded. Also, abnormal noise generated from the drive control system was also measured at this time. In the measurement of abnormal noise, the sound pressure level can be determined by analyzing data recorded by connecting an external microphone to a general frequency analyzer (for example, SA-02M manufactured by Lion Corporation). Specifically, the sound pressure level (A characteristic) with the A characteristic correction defined in Japanese Industrial Standard (JIS C 1502-1990) of the ordinary sound level meter in the frequency range of 20 Hz to 20 kHz which is the human audible range Sound pressure level was measured. Here, the A-characteristic sound pressure level is defined by the Japanese Industrial Standard, and the human auditory characteristic that the loudness of human beings differs depending on the frequency even if the sound pressure is physically the same. Frequency weighting characteristics considered. In this measurement, a microphone for measurement was placed at a position 2 cm away from the vibrator. The measured results are shown in Table 3.

Figure 2019088183
Figure 2019088183

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。   The noise during driving in the drive control system using the vibration wave motor of the present invention is suppressed as 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。
(Production example of optical instrument)
The optical device shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b) and FIG. 11 is produced by the drive control system using the vibration wave motors P, Q, R, S of the present invention, and the optical device according to the application of alternating voltage I checked the auto focus operation. No noise was generated during driving of any of the optical devices.

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, for example, a vibration wave motor that rotates a moving body by a seventh order bending vibration wave, which exhibits a sufficient driving speed and suppresses the generation of noise, and a motor using the vibration wave motor A drive control system and an optical instrument 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
Reference Signs List 1 vibrator 101 diaphragm 101a metal plate 1011 protrusion 1012 groove 102 piezoelectric element 1021 piezoelectric ceramic 1022 common electrode 10231 driving phase electrode 102311 polarization electrode 102312 connecting electrode 10232 non-driving phase electrode 10233 detection phase electrode 2 moving body 3 flexible printed circuit board 301 Electrical wiring 302 Insulator (base film)
4 vibration damping member 5 pressure member 501 spring 502 flat plate 5021 convex part 701 front lens group 702 rear lens group (focus lens)
711 Detachable mount 712 Fixed cylinder 713 Straight guide cylinder 714 Front lens barrel 715 Cam ring 716 Rear lens barrel 717 Cam roller 718 Shaft screw 719 Roller 720 Rotation transmission ring 722 Roller 724 Manual focus ring 725 Vibration wave motor 726 Wave washer 727 Ball race 728 Focus key 729 Joint member 732 Washer 733 Low friction sheet

Claims (14)

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ていることを特徴とする振動波モータ。
Mobile and
A vibrator having an annular diaphragm and an annular piezoelectric element;
A vibration damping member,
Are vibration wave motors provided in order, and
The diaphragm is on the movable body side,
It has a plurality of grooves extending radially from the center of the annular diaphragm,
At least one of the plurality of grooves has a different depth,
A vibration wave motor characterized by being unevenly pressurized by the vibration damping member.
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いる請求項1に記載の振動波モータ。   The diaphragm has radially extending groove portions at X locations on the movable body side, and when the center depths of the groove portions at the X locations are D1 to DX in order in the circumferential direction, one or more of D1 to DX are 2. The oscillatory wave motor according to claim 1, wherein the oscillatory wave motor changes along a curve obtained by superimposing sine waves. 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請求項1または2に記載の振動波モータ。   The vibration damping member according to claim 1 or 2, wherein a part or all of the abdomen of the standing wave generated when the vibration wave motor is driven is strongly pressurized by the vibration damping member compared with other than the abdomen of the standing wave. Vibration wave motor. 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2に記載の振動波モータ。   The oscillatory wave motor according to claim 2, wherein the pressurization is locally increased in a part or all of the abdomen of the sine wave. 前記振動板と、前記振動減衰部材は円周方向の配置が互いに固定されている請求項1乃至4のいずれか1項に記載の振動波モータ。   The vibration wave motor according to any one of claims 1 to 4, wherein the vibration plate and the vibration damping member are fixed to each other in circumferential arrangement. 前記圧電素子は、2つの駆動相電極と非駆動相電極と検知相電極を有する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の振動波モータ。   The oscillatory wave motor according to any one of claims 1 to 5, wherein the piezoelectric element has two driving phase electrodes, a non-driving phase electrode, and a detection phase electrode. 前記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、前記2つの駆動相電極の円周方向の長さはそれぞれ3λであり、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請求項6に記載の振動波モータ。   Assuming that the length of one arc obtained by equally dividing the circumference of the annular piezoelectric element by 7 is λ, the lengths in the circumferential direction of the two drive phase electrodes are 3λ, respectively, and they are λ in the circumferential direction. 7. The device according to claim 6, wherein the non-driving phase electrode and the detection phase electrode are provided in the two spacing portions circumferentially separated from each other by two spacing portions having a length of / 4 and 3λ / 4. Vibration wave motor. 前記圧電素子に含まれる圧電材料の鉛の含有量が1000ppm未満である、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の振動波モータ。   The oscillatory wave motor according to any one of claims 1 to 7, wherein the lead content of the piezoelectric material contained in the piezoelectric element is less than 1000 ppm. 前記圧電材料がチタン酸バリウム系材料よりなる、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の振動波モータ。   The oscillatory wave motor according to any one of claims 1 to 8, wherein the piezoelectric material is a barium titanate based material. 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請求項1乃至9のいずれか1項に記載の振動波モータ。   The vibration wave motor according to any one of claims 1 to 9, wherein the contact portion between the vibration damping member and the piezoelectric element is separated into a plurality of places. さらに前記振動板を、前記振動減衰部材を介して前記移動体に加圧する加圧部材を有し、
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3に記載の振動波モータ。
And a pressing member for pressing the diaphragm to the movable body via the vibration damping member,
The oscillatory wave motor according to claim 3, wherein the pressing member has a convex portion at a position corresponding to the abdomen of the standing wave.
請求項1乃至11のいずれか1項に記載の振動波モータと、該振動波モータに電気的に接続される駆動回路とを有する駆動制御システム。   A drive control system comprising: the vibration wave motor according to any one of claims 1 to 11; and a drive circuit electrically connected to the vibration wave motor. 請求項12に記載の駆動制御システムと前記振動波モータに支持された光学部材を有する光学機器。   An optical apparatus comprising the drive control system according to claim 12 and an optical member supported by the vibration wave motor. 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の振動波モータを備えた電子機器。   An electronic apparatus comprising the vibration wave motor according to any one of claims 1 to 11.
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