CN104885244A - 压电元件、用于振荡波马达的定子、振荡波马达、驱动控制系统、光学装置和制造用于振荡波马达的定子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种压电元件，该压电元件包括具有第一表面和第二表面的压电材料；部署在第一表面上的公共电极；以及部署在第二表面上的多个驱动相电极、检测相电极和非驱动相电极，压电材料夹在公共电极与第二表面上的电极之间。夹在驱动相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(1)的压电常数的绝对值d(1)、夹在检测相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(2)的压电常数的绝对值d(2)以及夹在非驱动相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(3)的绝对值d(3)满足关系d(2)＜0.95d(1)，d(3)＜0.95d(1)和0.9≤d(3)/d(2)≤1.1。

Description

压电元件、用于振荡波马达的定子、振荡波马达、驱动控制系统、光学装置和制造用于振荡波马达的定子的方法
技术领域
本发明一般而言涉及压电元件、用于振荡波马达的定子、振荡波马达、驱动控制系统、光学装置和制造用于振荡波马达的定子的方法。具体而言，本发明涉及用于诸如振荡马达的振荡类型致动器的驱动控制系统，其中机电能量转换元件被用来振荡振动构件中的振动并且结果振荡能量被用来生成驱动力。
背景技术
振荡类型(振荡波)致动器包括响应于施加到诸如压电元件的机电能量转换元件的电信号，诸如AC电压，而振荡环形、扁平椭圆形或者杆状弹性构件中的驱动振动的振荡器。迄今为止所提出的振荡类型致动器的例子是振荡波马达，其中振荡器相对于与振荡器压力接触的弹性构件而移动。
环形振荡波马达的一般结构在以下作为例子来描述。
环形振荡波马达包括具有内直径和外直径的压电材料，使得整个周界等于特定波长λ的整数倍。多个电极部署在压电材料的一个表面上并且公共电极部署在压电材料的另一个表面上以构成压电元件。
这多个电极包括两个驱动相电极、检测相电极以及非驱动相电极。相反方向的电场以λ/2的节距交替施加到压电材料的相应驱动相电极部分，以进行极化处理。从而，压电材料关于相同方向的电场的伸缩极性每λ/2节距就反转。两个驱动相电极被等于λ/4的奇数倍的距离彼此隔开。通常，非驱动相电极在这个间隙部分中形成，以防止这个部分中的压电材料振动，并且经由短路导线等等与公共电极短路。
检测相电极是用于检测压电材料的振动状态的电极。在检测相电极部分中的压电材料中生成的应变被转换成对应于压电材料的压电常数的电信号并且输出到检测相电极。
定子可以通过把用于输入和输出电力的导线连接到这个压电元件并且把由弹性材料组成的膜片接合到压电元件而形成。当AC电压施加到定子的其中一个驱动相电极时，具有波长λ的驻波在膜片的整个周界中发生。当AC电压只施加到另一驱动相时，驻波以相似的方式发生，但是驻波的位置在圆周中关于早先提到的驻波旋转移动λ/4。
环形振荡波马达可以通过使环形弹性构件与跟膜片相对的定子的表面压力接触而形成，使得环形弹性构件可以充当转子。
另一种类型的振荡波马达是其中电极和膜片附连到环形压电材料的内和外侧并且转子与压电材料的内或外侧压力接触的振荡波马达。这种类型的马达可以被由于压电材料的伸缩(振动)造成的转子的旋转驱动。
当具有相同频率和π/4时间相位差的AC电压施加到振荡波马达的相应驱动相电极时，驻波变成组合的，并且在圆周方向上行进的弯曲振动的行波(波长λ)在膜片中发生。
在这个过程中，位于膜片的转子侧上的点经历一类椭圆运动并且转子由于来自膜片的摩擦力而在圆周方向旋转。旋转方向可以通过在正和负之间切换施加到相应驱动相电极的AC电压之间的相位差而反转。
能够控制旋转速度的驱动控制系统可以通过把控制电路连接到振荡波马达而形成。控制电路包括比较相位并且输出对应于比较结果的电压值的相位比较器。
当振荡波马达被驱动时，连同施加到驱动相电极的电信号一起，从检测相电极输出的电信号输入到相位比较器。相位比较器输出相位差，使得来自共振状态的偏差度可以被检测。数据被用来确定施加到驱动相电极的电信号并且生成期望的行波，使得转子的旋转速度可以被控制。
但是，从检测相电极输出的电压的值通常大于相位比较器的输入上限阈值电压值。从而，例如，在PTL 1中公开的振荡波马达控制系统在检测相电极与相位比较器之间提供了把电压减小到逻辑电平的机制(降压电路)。
引用列表
专利文献
PTL 1日本专利特许公开No.62-85684
发明内容
技术问题
近年来，诸如电磁马达的马达面临对零件尺寸减小和成本降低的增大需求。从而，振荡波马达也需要使用更少的零件，诸如降压电路。
本发明通过提供能够相对于用于驱动的输入电压减小用于检测的输出电压的压电元件来解决这种挑战，而不需要检测相电极与相位比较器之间的降压电路，这种降压电路在相关领域中是必需的。还提供了包括压电元件的用于振荡波马达的定子、振荡波马达以及振荡波马达驱动控制系统。
对问题的解决办法
本发明提供了一种压电元件，包括具有第一表面和第二表面的单片压电材料、部署在第一表面上的公共电极、部署在第二表面上的多个驱动相电极、部署在第二表面上的检测相电极以及部署在第二表面上的非驱动相电极。压电材料夹在公共电极与驱动相电极、检测相电极和非驱动相电极之间。夹在多个驱动相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(1)的压电常数的绝对值d(1)、夹在检测相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(2)的压电常数的绝对值d(2)以及夹在非驱动相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(3)的绝对值d(3)满足关系d(2)<0.95d(1)，d(3)<0.95d(1)和0.9≤d(3)/d(2)≤1.1。
本发明还提供了用于振荡波马达的定子。定子包括根据以上提到的压电元件，该压电元件具有第一表面和第二表面；部署在第一表面上的膜片；以及部署在第二表面上的电力输入/输出线。
本发明还提供了包括以上提到的用于振荡波马达的定子的振荡波马达。
本发明还提供了包括以上提到的振荡波马达的驱动控制系统。
本发明还提供了包括以上提到的驱动控制系统的光学装置。
本发明还提供了制造以上提到的用于振荡波马达的定子的方法。该方法包括(A)在压电材料的第一表面上形成公共电极，在压电材料的第二表面上形成极化电极从而把压电材料夹在公共电极与极化电极之间，然后向压电材料施加电压从而使压电材料极化并获得压电元件；及(B)选择极化电极中的哪些将作为检测相电极和非驱动相电极并且在大于等于压电材料的去极化温度Td的温度把电力输入/输出线连接到检测相电极的表面的一部分和非驱动相电极的表面的一部分。
本发明还提供了制造以上提到的用于振荡波马达的定子的方法。该方法包括(A)在压电材料的第一表面上形成公共电极，在压电材料的第二表面上形成极化电极从而把压电材料夹在公共电极与极化电极之间，然后向压电材料施加电压从而使压电材料极化并获得压电元件；(B)选择极化电极中的哪些作为检测相电极和非驱动相电极并且在大于等于压电材料的去极化温度Td的温度把电力输入/输出线连接到检测相电极的表面的一部分或全部和非驱动相电极的表面的一部分或全部；及(C)再极化夹在检测相电极与公共电极之间以及夹在非驱动相电极与公共电极之间的部分中的压电材料。
参考附图，本发明的更多特征将从示例性实施例的以下描述变得清楚。
附图说明
图1A至1C是示出根据一种实施例的压电元件的实施例的示意图。
图2A和2B是示出用于振荡波马达的定子的实施例的示意图。
图3A和3B是示出振荡波马达的实施例的示意图。
图4是示出驱动控制系统的实施例的电路图。
图5A和5B是示出光学装置的实施例的示意图。
图6是示出光学装置的示意图。
图7A至7D是示出根据一种实施例的制作用于振荡波马达的定子的方法例的步骤图。
图8A至8C是示出根据一种实施例的制作用于振荡波马达的定子的方法例的示意图。
图9A至9D是示出根据一种实施例的制作用于振荡波马达的定子的方法例的示意图。
图10A至10C是示出根据一种实施例的制作用于振荡波马达的定子的方法例的示意图。
具体实施方式
现在将描述本发明的实施例。环形振荡波马达在以下作为实现本发明的实施例来描述。但是，本发明不限于环形振荡波马达并且可以应用到任何其它适当类型的马达，诸如多层振荡波马达和杆状振荡波马达。
根据实施例的压电元件包括具有第一表面和第二表面的单片压电材料；部署在压电材料的第一表面上的公共电极；以及部署在压电材料的第二表面上的多个驱动相电极、检测相电极和非驱动相电极。夹在驱动相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(1)的压电常数的绝对值d(1)、夹在检测相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(2)的压电常数的绝对值d(2)以及夹在非驱动相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(3)的压电常数的绝对值d(3)满足关系d(2)<0.95d(1)，d(3)<0.95d(1)和0.9≤d(3)/d(2)≤1.1。
图1A至1C是示出压电元件的一种实施例的示意图。图1A是压电元件的示意性平面图。图1B是沿图1A中线IB-IB取得的压电元件的截面图。
参考图1A，根据本发明实施例的压电元件20包括具有第一表面11和第二表面12的压电材料1；部署在压电材料1的第一表面11上的公共电极2；以及部署在压电材料1的第二表面12上的驱动相电极3和4、检测相电极8和非驱动相电极5。换句话说，压电材料1夹在这些电极之间。例如，压电材料1是具有环形状和大均匀致的0.5mm厚度的单片压电材料。驱动相电极3是在第一驱动相(这个相在下文中被称为A相)上形成的电极，驱动相电极4是在第二驱动相(这个相在下文中被称为B相)上形成的电极。每个都具有λ/4的奇数倍的长度的一个或多个间隙在驱动相电极3和4之间形成。检测相电极8或者非驱动相电极5部署在每个间隙部分中。检测相电极8是在检测相上形成的电极。非驱动相电极5是在不经历自发压电振动的非驱动相上形成的电极。检测相是夹在公共电极2与检测相电极8之间的压电材料1的一部分。非驱动相是夹在公共电极2与非驱动相电极5之间的压电材料1的一部分。
参考图1C，公共电极2布置成具有环形状。在本说明书中，“单片压电材料1”意味着无缝且通过同时烧制被称重为与结果压电材料具有相同组成的原材料而具有均一组成的压电陶瓷材料。驱动相电极3和4以及检测相电极8部署在压电材料1的同一表面(第二表面)上。用于驱动相电极3和4以及检测相电极8的公共电极2(接地电极)部署在压电材料1的相对表面(第一表面)上。
驱动相(即，A相和B相)中的压电材料接受以λ/2的节距在相反方向交替施加电场的压电处理。从而，一个方向上的电场的伸缩极性每λ/2的节距就反转。A相和B相的驱动相电极彼此之间隔开至少一个间隙并且每个间隙具有λ/4的奇数倍的长度。术语“伸缩极性”指相对于电场的方向的面内或面外方向上应力和应变的符号(+或-)。
检测相电极8部署在压电材料1的第二表面12上并且在除形成驱动相电极3和4的地方之外的地方。例如，检测相电极8在圆周方向上具有除λ的整数倍之外的长度并且例如具有λ/4的长度。非驱动相电极5部署在压电材料1的第二表面12上并且在除形成驱动相电极3和4以及检测相电极8的地方之外的地方。非驱动相电极5在圆周方向上具有例如λ/4的长度。
夹在驱动相电极3和4与公共电极2之间的部分中的压电材料(1)的压电常数的绝对值d(1)、夹在检测相电极8与公共电极2之间的部分中的压电材料(2)的压电常数的绝对值d(2)以及夹在非驱动相电极5与公共电极2之间的部分中的压电材料(3)的压电常数的绝对值d(3)满足关系d(2)<0.95d(1),d(3)<0.95d(1)和0.9≤d(3)/d(2)≤1.1。换句话说，夹在检测相电极8与公共电极2之间的部分中的压电材料(2)的压电常数的绝对值d(2)和夹在非驱动相电极5与公共电极2之间的部分中的压电材料(3)的压电常数的绝对值d(3)小于夹在驱动相电极3和4与公共电极2之间的部分中的压电材料(1)的压电常数的绝对值d(1)。夹在检测相电极8与公共电极2之间的部分中的压电材料(2)的压电常数的绝对值d(2)与夹在非驱动相电极5与公共电极2之间的部分中的压电材料(3)的压电常数的绝对值d(3)之差是绝对值d(2)的大约10％以下。
短语“夹在检测相电极8与公共电极2之间的部分”指与检测相电极8和公共电极2的表面垂直的线与压电材料交叉的区域。应当指出，在其中检测相电极8与公共电极2不彼此平行的情况下，这个部分指其中与检测相电极8和检测相电极8投影到其的公共电极2的一部分表面垂直的线与压电材料交叉的区域。这个定义在下文中也适用于短语“夹在…之间的(一个或多个)部分”并且因此适用于诸如“夹在(一个或多个)非驱动电极5与公共电极2之间的(一个或多个)部分”和“夹在驱动相电极3和4与公共电极2之间的部分”的短语。
一般而言，陶瓷由一组精细晶体组成并且每个晶体由具有正电荷的原子和具有负电荷的原子构成。在大多数陶瓷中，正电荷和负电荷得以平衡。但是，被称为铁电材料的一些介电陶瓷在晶体中具有正负电荷的不平衡并且甚至在自然状态下也呈现电荷极性(自发极化)。
烧制之后的铁电材料陶瓷整体上不具有电荷不平衡，因为自发极化的方向是随意的。一旦高电压施加到这种陶瓷，自发极化的方向就朝向相同方向并且即使在电压施加停止之后陶瓷也不返回原始状态。一般而言，确定自发极化方向的朝向的这种处理被称为“极化处理”。当外部电压施加到极化的铁电材料陶瓷时，陶瓷内部正或负电荷的中心变得被吸引到或排斥外部电荷并且因此陶瓷经历伸缩(逆压电效应)。出于本说明书之目的，“单片压电材料”指由于极化处理而造成这种逆压电效应的陶瓷材料。它还指其至少一部分接受极化处理的单片陶瓷材料。
如果压电材料不接受极化处理，则不产生逆压电效应。如果极化处理没有充分执行，则逆压电效应比当极化处理被充分执行时小。在其中压电材料在大于等于压电材料的去极化温度Td的温度被热处理的情况下，逆压电效应显著降级。在其中热处理在低于但接近去极化温度Td的温度被执行的情况下，与不执行热处理相比，逆压电效应会降级。照此，依赖于极化处理条件、热处理条件等等，相同的压电材料可以呈现不同量级的逆压电效应。
逆压电效应的量级可以在单片压电材料1的部分之间(例如，在夹在检测相电极8与公共电极2之间的部分、夹在非驱动相电极5与公共电极2之间的部分、夹在驱动相电极3和4与公共电极2之间的部分以及除以上提到的部分之外的部分之间)变化。这是因为极化处理条件、热处理条件等等可以在单片压电材料中局部变化。
换句话说，“压电材料的压电常数”指在单片压电材料的特定部分中的压电常数。例如，夹在检测相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(2)的压电常数指夹在检测相电极8与公共电极2之间的单片压电材料1的部分中的压电常数。
甚至在夹在检测相电极与公共电极之间的部分中，例如，如果只有这种部分的一部分接受诸如在大于等于去极化温度Td的温度进行热处理的处理，则逆压电效应的量级也局部变化。但是，出于本发明之目的，压电材料的压电常数指单片压电材料的特定部分的压电常数。例如，夹在检测相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(2)的压电常数指夹在检测相电极8与公共电极2之间的整个部分的压电常数。这个定义同样适用于夹在非驱动相电极5与公共电极2之间的部分和夹在驱动相电极3和4与公共电极2之间的部分。但是，夹在驱动相电极3和4与公共电极2之间的部分尺寸大于夹在检测相电极8与公共电极2之间的整个部分和夹在非驱动相电极5与公共电极2之间的整个部分。因此，优选地评估夹在驱动相电极3和4与公共电极2之间的部分的一部分并且这个部分优选地具有与夹在检测相电极8与公共电极2之间的整个部分或者夹在非驱动相电极5与公共电极2之间的整个部分的面积基本上相同的面积。更优选地，评估基本上位于每个驱动相电极的中心并且具有与夹在检测相电极8与公共电极2之间的整个部分或者夹在非驱动相电极5与公共电极2之间的整个部分的面积基本上相同面积的部分，因为这种部分代表夹在驱动相电极3和4与公共电极2之间的整个部分。
在测量压电材料1的压电常数时，具有环形状的单片压电材料1可以从膜片7剥离并且压电材料的特定部分可以被切出并且通过Berlincourt方法被用于测量。更具体而言，为了测量夹在驱动相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(1)的压电常数的绝对值d(1)，可以以这样一种方式从驱动相电极的大致中心部分切出样本，所述方式使得样本具有与夹在检测相电极8与公共电极2之间的整个部分和夹在非驱动相电极5与公共电极2之间的整个部分大致相同的面积，并且可以通过Berlincourt方法来测量样本。为了测量夹在检测相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(2)的压电常数的绝对值d(2)，夹在检测相电极8与公共电极2之间的整个部分被切出并通过Berlincourt方法来测量。为了测量夹在非驱动相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(3)的压电常数的绝对值d(3)，夹在非驱动相电极5与公共电极2之间的整个部分被切出并通过Berlincourt方法来测量。
可以通过Berlincourt方法测量的压电常数是得自于正压电效应的常数d33。一般而言，使用挠曲振动的环形振荡波马达的压电常数d指在电极之间施加单位电场的情况下发生在与电场垂直的面的应变量(逆压电效应)，并且是d31或d32。使用纵向振动或剪切振动的环形、多层或杆状振荡波马达的压电常数d指在电极之间施加单位电场的情况下发生在电场方向上的应变量(逆压电效应)，并且是d33或d15。
在本发明中，夹在驱动相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(1)的压电常数的绝对值d(1)需要与夹在检测相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(2)的压电常数的绝对值d(2)并且与夹在非驱动相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(3)的压电常数的绝对值d(3)进行比较。从而，夹在电极之间的各个部分的压电常数可以通过用以上提到的方法评估常数d33的绝对值来进行比较。
在压电元件20中，压电材料(2)的压电常数的绝对值d(2)(下文中可以简单地称为“绝对值d(2)”)小于压电材料(1)的压电常数的绝对值d(1)(下文中可以简单地称为“绝对值d(1)”)。因此，当压电元件20被驱动时，从检测相电极输出的电压值变得低于输入到驱动相电极的电压值。
当压电元件20的绝对值d(2)与压电材料(3)的压电常数的绝对值d(3)(下文中可以简单地称为“绝对值d(3)”)相差大约d(3)的10％以下时，由极化造成的应变或应力的变化可以贯穿圆周方向上的整个环形区域减小。从而，很容易遭受诸如断开和裂开之类的缺陷的压电元件20的成品率可以得到改善。此外，诸如有可能在压电元件20接合到膜片7期间发生的裂开、断开和粘合故障之类的问题可以被抑制。在这里，如图1A中所示，当形成两个或更多个非驱动相电极5时，至少一个非驱动相电极5需要满足以上提到的关于检测相电极8的关系。在非驱动相电极5中，靠近检测相电极8的非驱动相电极5优选地满足以上提到的关系。更优选地，与检测相电极8相邻的非驱动相电极5满足以上提到的关系。当满足以上提到的关系的非驱动相电极5与检测相电极8彼此相邻时，在检测压电材料的振动状态期间噪声对从检测相输出的电压的影响可以减小。
压电材料(2)的压电常数的绝对值d(2)优选地是压电材料(1)的压电常数的绝对值d(1)的0.7倍以下。绝对值d(2)优选地是绝对值d(1)的0.01倍至0.7倍并且更优选地是绝对值d(1)的0.04倍至0.4倍。
当压电材料(2)的绝对值d(2)小于等于压电材料(1)的绝对值d(1)的0.7倍时，在压电元件20的驱动期间，从检测相电极输出的电压值可以减小至输入到驱动相电极的电压值的0.5倍以下。当绝对值d(2)大于等于绝对值d(1)的0.01倍时，噪声对从检测相输出的电压的影响可以减小。当绝对值d(2)大于等于绝对值d(1)的0.04倍时，诸如压电元件20的断开和裂开、在压电元件20接合到膜片7期间发生的断开和裂开、行波在振荡波马达中的扰动等等故障可以得到解决。绝对值d(2)大于0并且优选地是1pC/N以上，使得压电材料的那部分可以充当检测相。
压电元件20的压电材料1具有低于1000ppm的铅含量。
一般而言，大部分压电元件的压电材料包含锆钛酸铅作为主成分。从而，当压电元件被丢弃、暴露给酸雨或者留在恶劣环境中时，存在压电材料中的铅成分泄漏到土壤中并伤害生态系统的风险。但是，只要铅含量低于1000ppm，那么，即使压电元件被丢弃、暴露给酸雨或者留在恶劣环境中时，压电材料中铅成分将不利地影响环境的可能性也低。
压电材料1中的铅含量可以通过相对于经由例如X射线荧光分析(XRF)或感应耦合等离子体(ICP)发射光谱确定的压电材料1的总重量测量铅的量来确定。
压电材料1是包含钛酸钡作为主成分的压电陶瓷。在无铅压电陶瓷中，包含钛酸钡作为主成分的压电陶瓷呈现压电常数的大绝对值d。从而，产生相同应变量所需的电压可以减小。因此，从环境的角度看，压电材料1也可以是包含钛酸钡作为主成分的压电陶瓷。
出于本说明书之目的，“陶瓷”指基于金属氧化物并且采取烧结晶粒的聚集体(也被称为“块体”)(即，多晶体)形式的陶瓷。该词还指在烧结之后经过处理的陶瓷。
压电材料1可以包含由以下通式(1)表示的钙钛矿型金属氧化物作为主成分：
通式(1)：(Ba1-xCax)(Ti1-yZrySnz)O3(0.02≤x≤0.30,0.020≤y≤0.095,0≤z≤0.04和y≤x)。
包含钛酸钡作为主成分的压电材料1具有温度(Tr)，在这个温度，发生从一铁电晶相到另一铁电晶相的相变。
在这里，术语“铁电晶相”指属于七个晶系(即，三斜、单斜、斜方晶、六方、三方、菱形和四方晶系)之一的铁电材料的晶相。
例如，相变温度Tr可以通过在改变测量温度的同时利用微AC电场测量压电元件20的介电常数并且确定介电常数极大的温度来确定。作为替代，相变温度Tr可以根据在利用X射线衍射或Raman光谱仪改变测量温度的同时压电材料1或压电元件20的晶相在其改变的温度来确定。一般而言，铁电材料从第一铁电晶相到第二铁电晶相的相变温度(降温时的相变温度)与从第二铁电晶相到第一铁电晶相的相变温度(升温时的相变温度)有轻微的区别。在本说明书中，相变温度Tr是从第一铁电晶相到第二铁电晶相的相变在其发生的温度，即，降温时的相变温度。
一般而言，在相变温度Tr，压电常数显著增大，达到其极大值。从而，在相变温度Tr附近，压电常数随温度的变化大，并且因此，相对于相同输入电压的应变量改变。当这种压电材料1在压电元件20中使用以在温度变化的情况下稳定应变量时，压电元件20可以呈现对抗温度变化的稳定振荡性能。
相变温度Tr优选地在0℃以上且35℃以下的范围之外，并且更优选地在-5℃以上且50℃以下的范围之外。
当相变温度Tr在0℃以上且35℃以下的范围之外时，相对于相同输入电压的应变量变化可以对温度的5℃变化被抑制到，例如，20％以下。当相变温度Tr在-5℃以上且50℃以下的范围之外时，相对于相同输入电压的应变量变化可以对温度的5℃变化被抑制到，例如，10％以下。
在本说明书中，钙钛矿型金属氧化物指具有钙钛矿结构的金属氧化物，这种结构理想地是立方体晶体结构，如在(于1998年2月20日由出版社Iwanami Shoten发行的)Iwanami Rikagaku Jiten第五版中所记载的。具有钙钛矿结构的金属氧化物通常由化学式ABO3表示。钙钛矿型金属氧化物中的元素A和B采取离子形式并且分别占据被称为A位和B位的特定晶胞(unit cell)位置。例如，在立方体晶系的晶胞中，元素A占据立方体的顶点，而元素B占据立方体的体心位置。元素O是形式为氧负离子的氧并且占据立方体的面心位置。
在由以上通式(1)表示的金属氧化物中，钡(Ba)和钙(Ca)是占据A位的金属元素，而钛(Ti)、锆(Zr)和锡(Sn)是占据B位的金属元素。应当指出，一些Ba和Ca原子可以占据B位和/或一些Ti和Zr原子可以占据A位。但是，让Sn占据A位不是优选的，因为压电特性将降级。
在通式(1)中，B位元素与O的摩尔比是1：3。但是，只要金属氧化物具有钙钛矿结构作为主相，那么具有稍偏离上述摩尔比的B:O之比(例如1.00:2.94至1.00:3.06)的金属氧化物也包括在本发明的范围之内。
例如，通过X射线衍射或电子束衍射的结构分析可以被用来确定金属氧化物是否具有钙钛矿结构。
在通式(1)中，x代表处于A位的Ca的摩尔比并在0.02≤x≤0.30的范围内。当x小于0.02时，介电损耗(tanδ)增大。当介电损耗增大时，当电压施加到压电元件20以便驱动压电元件20时所产生的热量增大并且驱动效率会降级。当x大于0.30时，压电特性可能不足。
在通式(1)中，y代表处于B位的Zr的摩尔比并在0.020≤y≤0.095的范围内。当y小于0.020时，压电特性可能不足。当y大于0.095时，居里温度(Tc)变得低于85℃并且压电特性会在高温消失。
在通式(1)中，z代表处于B位的Sn的摩尔比并在0≤z≤0.04的范围内。当处于B位的Sn包含在0.04摩尔以下的范围内时，介电损耗尤其减小。如果z大于0.040，则晶粒变得粗糙并且当元件被驱动时所产生的热量会增大。
在本说明书中，居里温度指铁电性消失的温度。用于检测温度的方法的例子包括通过改变温度直接测量铁电性消失的温度的方法和在改变测量温度的同时利用微小AC场测量介电常数并确定介电常数极大的温度的方法。
在通式(1)中，Ca摩尔比x和Zr摩尔比y满足y≤x。当y>x时，介电损耗会增大并且绝缘特性会不足。当上文所述涉及x和y的所有范围都同时被满足时，相变温度Tr可以从室温附近移动到低于操作温度范围的温度并且因此压电元件20可以在宽温度范围内稳定地被驱动。
在通式(1)中，处于A位的Ba和Ca的摩尔量A1与处于B位的Ti、Zr和Sn的摩尔量B1之比A1/B1可以在1.00≤A1/B1≤1.01的范围内。当A1/B1小于1.00时，异常粒生长很容易发生并且压电材料1的机械强度降级。如果A1/B1大于1.01，则粒生长所需的温度变得极高并且因此不能通过典型的烧制炉获得足够的密度并且许多孔和缺陷会在压电材料1中发生。
用于确定压电材料1的组成的技术没有特别的限制。技术的例子包括X射线荧光分析、感应耦合等离子体(ICP)原子发射光谱仪以及原子吸收光谱。压电材料1中所包含的元素的重量比和组成比可以通过这些技术中任何一种来确定。
压电材料1包含由通式(1)表示的钙钛矿型金属氧化物作为主成分以及含在金属氧化物中的锰(Mn)。相对于100重量份的金属氧化物，按金属算，Mn含量可以是0.02重量份以上且0.40重量份以下。
当Mn含量在上述范围内时，绝缘特性和机械品质因数Qm得以改进。
在这里，机械品质因数Qm指当压电元件被用作振荡器时指示由振荡造成的弹性损耗的因数。机械品质因数的量级被作为阻抗测量中共振曲线的锐度来观察。换句话说，机械品质因数是指示压电元件的共振的锐度的因子。当机械品质因数Qm高时，共振频率附近压电元件中的应变量进一步增大并且压电元件可以有效振动。
关于Mn含量，术语“按金属算”指通过以下确定的值：基于由XRF、ICP原子发射光谱仪、原子吸收光谱仪或类似物测量的Ba、Ca、Ti、Zr、Sn和Mn含量，首先确定构成由通式(1)表示的金属氧化物的元素的按氧化物算的量，然后计算Mn的重量相对于构成金属氧化物的元素总量的100重量份之比。
当Mn含量低于0.02重量份时，极化处理的效果不足以驱动压电元件20。当Mn含量大于0.40重量份时，压电特性不足并且具有对压电特性显现不起作用的六方结构的晶体出现。
锰可以溶解在B位。在这种情况下，比率A2/B2(A2：处于A位的Ba和Ca的摩尔量，B2：处于B位的Ti、Zr、Sn和Mn的摩尔量)可以在0.993≤A2/B2≤0.998的范围内。具有在这个范围内的A2/B2的压电元件20在压电元件20的长度方向显著伸缩并创建振动，并且具有高机械品质因数。因此，可以获得具有高振荡性能和高耐久性的压电元件20。
Mn的原子价可以是+4。锰通常可以取原子价4+、2+或3+。当传导电子在晶体中存在时(例如，当氧缺陷在晶体中存在或者当施主元素占据A位时)，当Mn的原子价从4+减小至3+或2+时，它们被俘获，并且由此可以提高绝缘电阻。从离子半径的角度，Mn的原子价可以是4+，使得作为B位主成分的Ti可以很容易地被替换。
相反，如果Mn的原子价低于4+，诸如2+，则Mn充当受主。当充当受主的Mn在钙钛矿晶体中存在时，孔在晶体中生成或者氧空位在晶体中形成。
当许多添加的Mn原子具有2+或3+的原子价时，单单氧空位的引入不能补偿孔，并且绝缘电阻减小。因此，大部分Mn原子可以具有4+的原子价。少量的Mn原子可以具有低于4+的原子价、占据钙钛矿结构的B位并且充当受主，并且形成氧空位。这是因为具有2+或3+原子价的Mn原子和氧空位形成缺陷偶极子并且压电元件20的绝缘特性和机械品质因数Qm可以得以改进。
只要特性不变，压电元件20的压电材料1就可以包含除了由通式(1)表示的金属氧化物和Mn以外的成分(在下文中被称为辅助成分)。辅助成分的总含量可以是相对于100重量份的由通式(1)表示的金属氧化物的1.2重量份以下。当辅助成分含量超过1.2重量份时，压电材料1的压电特性和绝缘特性会降级。辅助成分中除Ba、Ca、Ti、Zr、Sn和Mn之外的金属元素的含量优选地是相对于压电材料1的按氧化物算的1.0重量份以下或者按金属算的0.9重量份以下。在本说明书中，“金属元素”包括诸如Si、Ge和Sb的半金属元素。当辅助成分中除Ba、Ca、Ti、Zr、Sn和Mn之外的金属元素的含量相对于压电材料1按氧化物算超过1.0重量份或者按金属算超过0.9重量份时，压电材料1的压电特性和绝缘特性会显著降级。辅助成分中Li、Na、Mg和Al的总含量可以是相对于压电材料1按金属算的0.5重量份以下。当辅助成分中Li、Na、Mg和Al的总含量相对于压电材料按金属算超过0.5重量份时，不充分的烧结会发生。辅助成分中Y和V的总含量可以是相对于压电材料按金属算的0.2重量份以下。当Y和V的总含量相对于压电材料按金属算超过0.2重量份时，会变得难以执行极化处理。
辅助成分的例子包括诸如Si和Cu的烧结助剂。市售Ba和Ca原材料包含Sr作为不可避免的杂质并且因此压电材料可以包含杂质量的Sr。类似地，市售Ti原材料包含Nb作为不可避免的杂质并且市售Zr原材料包含Hf作为不可避免的杂质。因此，压电材料1可以包含杂质量的Nb和Hf。
用于测量辅助成分的重量的技术没有特别的限制。技术的例子包括X射线荧光分析(XRF)、ICP原子发射光谱仪以及原子吸收光谱。
现在将描述根据本发明实施例的用于振荡波马达的定子。定子包括：上述压电元件，该压电元件包括具有第一表面和第二表面的压电材料、第一表面上的公共电极以及第二表面上的多个驱动相电极、检测相电极和非驱动相电极；部署在压电元件的第一表面上的膜片；以及，部署在压电元件的第二表面上的电力输入/输出线。
图2A和2B是示出根据本发明实施例的用于振荡波马达的定子的结构的示意图。图2A是定子的示意性平面图，图2B是沿图2A中的线IIB-IIB取得的定子的截面视图。
参考图2B，用于振荡波马达的定子30包括压电元件20和膜片7，该膜片7由压电元件20的一个表面上的公共电极2上的弹性材料组成。电力输入/输出线9部署在公共电极20的另一表面上。
参考图2A，定子30的输入/输出线9配备用于向驱动相电极3和4供电的电线、经由非驱动相电极5连接到公共电极2的电线以及用于发送从检测相电极8输出的电信号并连接到相应电极相的电线。
如图2A中所示，非驱动相电极5电连接(短路)到短路导线10，使得非驱动相电极5与公共电极2和膜片7具有相同的电位。因此，例如，当配备对应于相应电极的多根导线的输入/输出线9通过使用各向异性导电膜从上方附连时，至少一根导线和公共电极2通过非驱动相电极5短路。由于所有非驱动相电极5都与公共电极2短路，因此自发压电振动不发生。
在用于振荡波马达的这种定子30中，通过向A相中的驱动相电极3施加AC电压而振荡的驻波振动被称为A相驻波。通过向B相中的驱动相电极4施加相同频率的AC电压而振荡的驻波振动被称为B相驻波。具有相同振幅的A相驻波和B相驻波以按时间的90℃的相位差同时生成，因此行进的振荡波作为这两个驻波的组合的结果而振荡。
在用于振荡波马达的定子30中，在圆周方向上行进的弯曲振动的行波有时候被除波长λ之外的振动的叠加以及不同位置之间行波的最大振幅差干扰。但是，在压电元件20中，对行波的干扰可以减小，因为绝对值d(2)与绝对值d(3)之差是绝对值d(3)的10％以下。
根据本发明实施例的振荡波马达包括用于振荡波马达的定子。
图3A和3B是示出振荡波马达的结构的示意图。图3A是振荡波马达的示意性平面图并且图3B是沿图3A中线IIIB-IIIB取得的振荡波马达的截面视图。
图3B中所示的振荡波马达40包括用于振荡波马达的定子30的膜片7的表面上的转子6。例如，使由弹性材料构成的环形转子6与膜片7的表面加压接触，该表面是与输入/输出线9相对的表面。当行波在定子30中振荡时，膜片7表面上与压电元件20相对的点经历一种椭圆运动。因此，转子在圆周方向从膜片7接收摩擦力并且旋转。通过切换施加到驱动相电极3和4的AC电压的相位差的符号，旋转方向可以反转。
振荡波马达相对于输入电压的旋转速率在振荡波马达40中变化。但是，只要在压电元件20中绝对值d(2)与绝对值d(3)之差在绝对值d(3)的10％之内，由用于振荡波马达的定子30振荡的行波的干扰就可以减小并且振荡波马达相对于输入电压的旋转速率的变化就可以被抑制。
根据本发明实施例的驱动控制系统包括振荡波马达。
图4是根据驱动控制系统的一种实施例的电路的示意图。
图4是驱动控制系统的简化控制电路图。图4中所示的振荡波马达类似于图3A和3B中所示的并且包括振荡波马达的压电元件20的A相电极A、B相电极B、检测相电极S和公共电极G。这些电极彼此电隔离并且连接到输入/输出线9。
参考图4，在电压相移动π/2的同时，从中央处理单元(CPU)输出的电信号通过驱动电路输入到A相和B相。输入到B相的电信号同时经由降压电路输入到相位检测器电路。当行波在振荡波马达中振荡时，夹在检测相电极与公共电极之间的部分中的压电材料振动并且电信号从检测相电极输出。输出的电信号直接输入到相位检测器电路，而不经过降压电路。这两个电信号输入到相位检测器电路中的相位比较器并且对应于两个电信号之间相位差的电信号从相位检测器电路输出到CPU。在这个过程中，从编码器输出的、用于光学测量振荡波马达的旋转速度的电信号输出到CPU。根据这种配置，在相关领域中必要的检测相电极与相位比较器之间的降压电路可以被略去。
基于振荡波马达的旋转速度与驱动命令信号(图中未示出)指定的旋转速度之差以及从相位检测器电路输出的电信号，基于执行反馈控制的预设逻辑，电信号再次从CPU输出到驱动电路。
接下来，描述根据本发明一种实施例的光学装置。光学装置在驱动单元中包括上述驱动控制系统。
图5A和5B是作为光学装置的例子的单镜头反光式相机的可更换透镜筒的相关部分的截面图。图6是可更换透镜筒的分解透视图。固定镜筒712、线性导向筒713和前透镜组镜筒714固定到可从相机分离并可附连到相机的底座711。这些是可更换透镜筒的固定构件。
在光轴方向延伸的线性导向槽713a在线性导向筒713中形成，以引导对焦透镜702。在径向方向向外突出的凸轮滚柱717a和凸轮滚柱717b用轴螺丝718固定到保持对焦透镜702的后透镜组镜筒716。凸轮滚柱717a适合放在线性导向槽713a中。
凸轮环715可旋转地适合线性导向筒713的内圆周。在光轴方向上线性导向筒713与凸轮环715之间的相对运动被禁止，因为固定到凸轮环715的滚柱719适合线性导向筒713的环形凹槽713b。用于对焦透镜702的凸轮凹槽在凸轮环715中形成。凸轮滚柱717b适合凸轮凹槽。
旋转传输环720在固定镜筒712的外圆周侧提供。旋转传输环720由滚珠座圈727保持，使得它可以相对于固定镜筒712在特定位置旋转。滚柱722被以径向方式从旋转传输环720延伸的轴720f保持，并且滚柱722的大直径部分722a与手动对焦环724的底座侧端面724b接触。滚柱722的小直径部分722b与接合构件729接触。六个等距隔开的滚柱722布置在旋转传输环720的外圆周上并且每个滚柱都配置为具有上述关系。
低摩擦片(垫圈构件)733布置在手动对焦环724的内径向部分上。低摩擦片733夹在固定镜筒712的底座侧端面712a与手动对焦环724的前侧端面724a之间。低摩擦片733的外径向表面具有环形状并且适合手动对焦环724的内径向部分724c。手动对焦环724的内径向部分724c适合固定镜筒712的外径向部分712b。低摩擦片733减小旋转环机制中的摩擦，其中手动对焦环724相对于固定镜筒712关于光轴旋转。
在压力通过波形垫圈726朝透镜的前侧压振荡波马达725的情况下，滚柱722的大直径部分722a与手动对焦环724的底座侧端面724b彼此接触。在适当程度的压力下，来自波形垫圈726的朝透镜前侧压振荡波马达725的力也使得滚柱722的小直径部分722b与接合构件729彼此接触。波形垫圈726被限制通过卡口(bayonet)安装到固定镜筒712的垫圈732在底座方向移动。由波形垫圈726产生的弹簧力(推动力)被传送到振荡波马达725并传送到滚柱722并且还充当手动对焦环724逆着固定镜筒712的底座侧端面712a的助推力。换句话说，手动对焦环724在经由低摩擦片733逆着固定镜筒712的底座侧端面712a被推动时被组装。
从而，当振荡波马达725关于固定镜筒712被图4所示的控制CPU驱动并旋转时，滚柱722关于轴720f的中心旋转，因为接合构件729与滚柱722的小直径部分722b摩擦接触。当滚柱722关于轴720f旋转时，旋转传输环720关于光轴旋转(自动对焦操作)。
当关于光轴的旋转力从图中未示出的手动操作输入单元施加到手动对焦环724时，滚柱722关于轴720f旋转，因为手动对焦环724的底座侧端面724b与滚柱722的大直径部分722a压力接触。当滚柱722的大直径部分722a关于轴720f旋转时，旋转传输环720关于光轴旋转。在这个时候，由于转子725c与膜片725b的摩擦保持力，振荡波马达725被阻止旋转(手动对焦操作)。
两个对焦键728在彼此相对的位置安装在旋转传输环720中，并且适合凹口部分715b，该凹口部分715b在凸轮环715的前沿提供。当进行自动对焦操作或手动对焦操作并且旋转传输环720关于光轴被旋转时，旋转力经由对焦键728被发送到凸轮环715。当凸轮环715关于光轴旋转时，由于凸轮滚柱717a和线性导向槽713a沿着凸轮环715的凸轮槽前后移动，因此后透镜组镜筒716被禁止旋转。这驱动对焦透镜702并且进行对焦操作。
虽然单镜头反光式相机的可更换透镜镜筒已经作为本发明的光学设备的例子进行了描述，但是光学装置的范围不限于此。光学装置可以是任何类型的相机，诸如袖珍相机、电子静态相机等等。在驱动单元中具有振荡波马达或驱动控制系统的任何光学系统包括在本发明的范围内。
现在将描述用于制造根据本发明的振荡波马达的定子的方法的实施例。
根据一种实施例的制造用于振荡波马达的定子的方法包括步骤(A)在压电材料的第一表面上形成公共电极，在压电材料的第二表面上形成极化电极从而把压电材料夹在公共电极与极化电极之间，然后向压电材料施加电压从而使压电材料极化并且获得压电元件；以及步骤(B)选择极化电极中的哪些将是检测相电极和非驱动相电极并且在大于等于压电材料的去极化温度Td的温度把电力输入/输出线连接到检测相电极的表面的一部分和非驱动相电极的表面的一部分。
根据另一实施例的制造用于振荡波电极的定子的方法包括步骤(A)在压电材料的第一表面上形成公共电极，在压电材料的第二表面上形成极化电极从而把压电材料夹在公共电极与极化电极之间，然后向压电材料施加电压从而使压电材料极化并获得压电元件；步骤(B)选择极化电极中的哪些将是检测相电极和非驱动相电极并且在大于等于压电材料的去极化温度Td的温度把电力输入/输出线连接到检测相电极的表面的一些部分或全部和非驱动相电极的表面的一些部分或全部；及步骤(C)再极化夹在检测相电极与公共电极之间和夹在非驱动相电极与公共电极之间的部分中的压电材料。
图7A至7D是示出制造用于振荡波马达的定子的方法例的步骤图。
首先，描述用于制作在压电元件中使用的压电材料的方法。
对于被调整成具有期望组成的原材料粉末，加入水或有机溶剂以及(如果需要的话)分散剂、粘合剂、增塑剂和其它添加剂，然后混合。结果得到的混合物在形成高密度烧结体所需的压力下进行压制成形，以制备成形体。当所需压力不能仅仅通过压制成形实现时，可以进行冷等静压(CIP)以施加所需的压力。作为替代，成形体坯可通过CIP等制造，而不进行压制成形。作为替代，浆料可以通过诸如刮片技术或模具涂层技术施加到诸如薄膜的支撑物达特定厚度以形成生片成形体。
接下来，成形体被烧制，以制造烧结陶瓷形式的压电材料。烧制条件可以根据期望的压电材料适当选择。密度可以尽可能高并且可以进行获得均一尺寸的晶粒生长。如果需要，则成形体可以在烧制之前被处理成期望的形状。
接下来，描述制造压电元件的方法。在压电材料的第一表面上形成公共电极并在压电材料的第二表面上形成极化电极从而夹住压电材料之后，施加电压以使压电材料极化并获得压电元件(步骤A)。
如上所述制备的烧结的压电陶瓷材料被研磨成期望的尺寸，以制造具有如图7A所示的环形状的单片压电材料1。然后，如图7B中所示，通过烘烤银膏、Au溅射、Au电镀等等，极化电极33在压电材料1的一个表面上形成并且公共电极2在压电材料1的整个相对表面上形成，从而制备压电元件20。
从振荡振动的效率的角度，关于压电材料的表面，极化电极33可以每个都关于压电材料的表面尽可能宽。电极之间的距离可以在能在极化期间防止电极之间放电的范围内尽可能小。
接下来，压电元件20被极化。极化处理温度可以小于等于居里温度Tc或去极化温度Td。处理时间可以是5分钟至10小时。处理大气可以是空气或不易燃的油，诸如硅油。0.5至5.0kV/mm的电场被施加作为处理电压。
压电材料的去极化温度是如下温度Td(℃)，在从极化处理终止开始经过足够的时间之后极化的压电材料从室温被加热直至该温度Td(℃)从而使得在加热并冷却到室温之后的压电材料的压电常数小于加热之前压电材料的压电常数。出于本说明书之目的，去极化温度Td是极化的压电材料被加热到的温度，其中加热之后的极化的压电材料呈现出小于等于加热前压电常数的95％的压电常数。
如图7C中所示，当极化处理通过向电极施加特定电场来执行但是在相邻电极之间具有相反方向的电场时，相对于特定电场方向的伸缩极性变得每λ/2节距反转。
由于极化处理，内部应力和应变的分布可以改变。相应地，除非相同的温度和相同的电场也施加到非驱动电极，否则应变和应力的变化不会由于极化而在圆周方向上环形主体的全部中发生。因此，挠曲和变形可以在非驱动相区域中发生，并且在膜片7接合到压电元件期间裂开、断开、结合故障等等会发生。从而，如图7C中所示，非驱动相也可以接受相同的极化处理。
极化处理可以在膜片7接合之前或之后执行，但优选地是在膜片7接合之前。
接下来，描述制造用于振荡波马达的定子的方法。在膜片7接合到压电元件20之后，执行步骤(B)。在步骤(B)中，选择一些极化电极作为检测相电极和非驱动相电极，并且，在大于等于去极化温度Td的温度，将电力输入/输出线连接到检测相电极的表面的一部分和非驱动相电极的表面的一部分。
把膜片7接合到压电元件20的步骤是通过使用环氧树脂粘合剂等等来把与压电材料1具有相同内直径和外直径的环形弹性材料热接合到极化的压电元件20的公共电极2一侧的表面来执行的。接合温度可以低于压电材料1的居里温度Tc和去极化温度Td。如果接合温度大于等于压电材料1的Tc或Td，则压电元件20的驱动相的压电常数的绝对值d(1)会减小。
参考图7D，除检测相电极与非驱动相电极之外的极化电极连接，以构成驱动相电极3和4。在这个步骤中，彼此相邻并且以λ/2节距形成的那些极化电极彼此与导电膏等连接，从而在这些电极之间短路并且形成驱动相电极(A相电极)3和驱动相电极(B相电极)4。检测相电极8可以是选自位于驱动相电极3和4之间λ/4区域和3λ/4区域中的极化电极的一个电极。剩余的电极充当非驱动相电极5。
导电膏可以被用来形成把公共电极2连接到如图2A中所示非驱动相电极5的短路导线10。在通过使用短路导线10在相邻电极之间短路的步骤中和在公共电极2与非驱动相电极5之间短路的步骤中，导电膏可以被热处理。热处理温度可以低于压电材料1的居里温度和去极化温度。如果热处理温度大于等于压电材料1的Tc或Td，则压电元件20的驱动相的压电常数的绝对值d(1)会减小。这两个步骤中的热处理可以同时或单独地执行，但优选地是单独地执行。
参考图2A，压电材料1上的驱动相电极3和4、非驱动相电极5和检测相电极8被定位使得电力可以单独输入和输出并且输入/输出线9连接到电极。市售柔性线缆可以被用作输入/输出线9。连接可以通过利用环氧树脂粘合剂等的热接合建立。优选地，连接是通过利用各向异性导电膏(ACP)的热接合建立的以减小传导故障。更优选地，各向异性传导膜(ACF)在热接合中被用来提高处理速度和提升批量生产。
当热接合在大于等于压电材料1的去极化温度Td的温度执行时，夹在用于振荡波马达的定子的检测相电极8与公共电极2之间的部分中的压电材料1的压电常数会减小。因此，夹在检测相电极8与公共电极2之间的区域中的压电材料1的压电常数的绝对值d(2)变得小于夹在驱动相电极3和4与公共电极2之间的区域中的压电材料1的压电常数的绝对值d(1)。热接合更优选地在大于等于居里温度Tc的温度进行，使得夹在检测相电极8与公共电极2之间的部分中的压电材料1的压电常数可以进一步降低或减小至零。
图8A至8C是示出根据本发明实施例的制造用于振荡波马达的定子的方法例的示意图。图8A是定子的示意性平面图。图8B是示出极化的压电元件20的伸缩极性(+或-)的图。图8C是示出通过使用ACP或ACF在图8B所示的结构上连接输入/输出线9的热接合区域50的位置的示意图。图9A至9D也是示出根据本发明实施例的制造用于振荡波马达的定子的方法例的示意图。就像关于图8C，图9A、9B、9C和9D是示出在利用ACP或ACF把输入/输出线9连接到图8B所示结构中所使用的热接合区域50的位置的示意图。图9A至9D示出除图8C中所示的之外的热接合区域50的位置的例子。
如图8A至8C和图9A至9D中所示，热接合区域50位于驱动相电极3和4、非驱动相电极5以及检测相电极8当中每一个的一部分上。因此，把电极连接到电力输入/输出线9的步骤(B)可以执行并且，同时，只有在热接合区域50直接下面的部分中，压电材料1的压电常数会降低或减小到零。因为热接合在电极的部分上进行，所以在驱动相电极3和4、非驱动相电极5和检测相电极8直接下面但不在热接合区域50下面的压电材料1的部分中，压电材料1的压电常数保持在与极化处理之后所获得的相同的水平。
如以上所提到的，压电材料的压电常数指单片压电材料的特定部分的压电常数。例如，夹在检测相电极与公共电极之间的压电材料(2)的压电常数指单片压电材料中夹在检测相电极8与公共电极2之间的整个部分的压电常数。这个定义也适用于夹在非驱动相电极5与公共电极2之间的部分以及夹在驱动相电极3和4与公共电极2之间的部分。换句话说，绝对值d(1)、绝对值d(2)和绝对值d(3)可以通过进行这种部分热接合来控制。在图8A至8C和9A至9D中，热接合区域50的位置示意性地被示出，但是该位置可以是任何其它合适的位置。作为替代，可以只有输入/输出线9的一部分被热接合而输入/输出线9的其余部分可以在不进行热接合的情况下仅被加压。
当夹在检测相电极8与公共电极2之间的部分中压电材料1的压电常数可以通过上述步骤减小时，从检测相电极8输出的电信号的电压值可以被调整为小于等于为相位比较器设置的上阈值电压值。
但是，在把压电常数减小到期望水平时，这个减小压电常数的过程可能不是总成功，或者有时候可能过多减小压电常数，由此依赖于压电材料1的去极化温度Td或居里温度Tc与连接输入/输出线9所需的温度之间的关系过多减小从检测相输出的电信号的量级。从而，为了通过热处理在连接输入/输出线9所需的温度Tf(例如，180℃)把夹在检测相电极8与公共电极2之间的部分中压电材料1的压电常数减小至期望的水平，去极化温度Td可以小于等于Tf。
如果压电材料的去极化温度Td显著低于连接输入/输出线所需的温度Tf(例如，如果Td＝Tf-100)，则A相和B相中压电材料的部分变得被来自输入/输出线9的热传导加热并且压电常数快速减小。从而，压电材料的去极化温度Td优选地大于等于Tf-100℃并且小于等于Tf并且更优选地在100℃以上与200℃以下的范围内。
如图8A至8C和9A至9D中所示，热接合区域50位于驱动相电极3和4、非驱动相电极5以及检测相电极8的一些部分中。因此，把电极连接到电力输入/输出线9的步骤(B)可以执行并且，同时，压电材料1的压电常数可以只在热接合区域50直接下面的部分中降低或减小至零。作为替代，把电极连接到电力输入/输出线9的步骤(B)可以在非驱动相电极5和检测相电极8的全部上执行。在这种情况下，再极化在非驱动相电极5和检测相电极8下面的部分中压电材料的步骤(C)在步骤(B)之后执行。被非驱动相电极5和检测相电极8覆盖的部分中压电材料的压电常数可以通过在步骤(B)之后进行再极化处理而被调整。
再极化处理的温度优选地设置在不造成位于输入/输出线9的膜片接合部分和连接部分的粘合剂分离的范围内。温度是例如60℃以下。更优选地，再极化处理的温度是室温(25℃)，因为再极化处理可以在不很少不利地影响粘合剂的情况下进行。例如，在进行再极化处理时所施加的电场可以设置在不造成输入/输出线9的导线之间放电的范围内。
图10A至10C是示出根据本发明实施例的制造用于振荡波马达的定子的方法例的示意图。图10A是用于振荡波马达的定子的示意性平面图。图10B是示出其中非驱动相电极5与检测相电极8的全部在步骤(B)中在大于等于居里温度Tc的温度热接合到输入/输出线9的状态的示意图，使得压电材料1的压电常数在热接合区域50直接下面的部分中消失。在附图中，符号(+，-)指示极化的压电元件20的伸缩极性并且(0)指示压电常数为零。在图的上部有非驱动相电极5并且这个非驱动相电极5具有(-)伸缩极性。出于本发明之目的，在至少一个非驱动相电极5上进行步骤(B)就足够了。
图10C是示出其中执行在非驱动相电极5和检测相电极8下面的部分中的再极化压电材料1的步骤(C)的状态的示意图。再极化处理可以被执行，使得非驱动相电极5下面的部分和检测相电极8下面的部分具有相同的电位，换句话说，使得非驱动相电极5和检测相电极8下面的所有再极化的部分具有或者+或者-伸缩极性。当进行极化处理使得这些部分全都具有相同的电位时，输入/输出线9中的导线变得具有相同的电位。因此，当电力通过输入/输出线9施加以便进行再极化时，例如，放电不在输入/输出线9中的导线中发生。因此，再极化处理可以利用较大的电场进行。再极化处理可以通过输入/输出线9对驱动相电极3和4进行。
把膜片7接合到压电元件20的步骤、通过连接极化电极而制备驱动相电极3和4的步骤以及通过短路导线10把公共电极2连接到非驱动相电极5的步骤相对于以上步骤(A)、(B)和(C)执行的次序不限于以上所述，只要夹在检测相电极8与公共电极2之间的区域中压电材料1的压电常数小于夹在驱动相电极3和4与公共电极2之间的区域中压电材料1的压电常数就行。在这方面，只有步骤(A)、(B)和(C)执行的次序是重要的。
例如，在进行再极化步骤(C)的情况下，通过连接极化电极33来制备驱动相电极3和4的步骤以及通过短路导线10把公共电极2连接到非驱动相电极5的步骤可以在再极化步骤(C)之后执行，再极化处理可以通过使用在具有相同电位的输入/输出线9中的导线对极化电极33进行。应当指出，当要进行再极化步骤(C)时，在大于等于压电材料的去极化温度Td的温度连接电力输入/输出线的步骤(B)可以在检测相电极8的表面的一些部分或全部中并且在非驱动相电极5的表面的一些部分或全部中执行。
用于根据本发明实施例的振荡波马达的定子30是通过上述一系列制造步骤获得的。振荡波马达40是通过使环形弹性主体与定子30具有相同内外直径以与定子30压力接触从而该弹性主体充当转子6获得的。最后，包括相位比较器的驱动控制电路连接到输入/输出线9，从而形成用于振荡波马达的驱动控制系统。
在以上描述中，已经描述了根据本发明的压电元件的一些实施例、用于振荡波马达的定子、振荡波马达、驱动控制系统以及光学装置。这些可以通过与以上所述不同的方法制造。例如，通过调整施加到极化电极33的电场或者通过经由适当的机制施加热，夹在检测相电极8与公共电极2之间的部分中的压电材料(2)的压电常数的绝对值d(2)与夹在非驱动相电极5与公共电极2之间的部分中的压电材料(3)的压电常数的绝对值d(3)可以被调整为小于夹在驱动相电极3和4与公共电极2之间的部分中的压电材料(1)的压电常数的绝对值d(1)。
实例
现在，振荡波马达的实施例将通过不限制本发明范围的例子来描述。在例子中，附图中的标号被用来描述部件、部分等等。
实例1
首先描述用于制备压电材料的方法。
原材料，即，具有100nm平均粒子尺寸的钛酸钡(由SakaiChemical Industry公司生产的BT-01)、具有300nm平均粒子尺寸的钛酸钙(由Sakai Chemical Industry公司生产的CT-03)被称重，使得这些材料的摩尔比是81.3:12.7:6.0。
接下来，称重的粉末材料在球磨机中干混24小时。由此获得的粉末混合物通过使用喷雾干燥器允许相对于粉末混合物按金属Mn算的0.26重量份的量的乙酸锰(II)和相对于粉末混合物的3重量份的量的PVA粘合剂粘合到粉末混合物粒子的表面而形成为粉末。
用结果产生的粉末填充模具并且盘形状的成形体是利用在200MPa的成形压力的压制成形机器成形的。成形体还可以通过利用冷等静成形机器加压。
成形体被放在电炉中，保持在1380℃的最大温度5个小时，并且在空气中烧结总共24小时。
压电材料的组成是由X射线荧光分析确定的。因此，组成被识别为(Ba0.813Ca0.187)(Ti0.94Zr0.06)O3，包含0.26重量份的Mn。这表明所称重的组成与烧结后的组成相同。除Ba、Ca、Ti、Zr和Mn之外的其它元素的含量低于检测限值并且不多于1重量份。
烧结的压电材料1被磨圆，以制备环形主体。银膏通过丝网印刷涂到环形主体的两侧，以形成用于公共电极2的图案和用于极化电极的图案。相邻极化电极之间的距离是0.5mm。
通过施加1kV/mm电场，具有近似0.5mm的均匀厚度的环形压电材料1在空气中利用DC电源极化。大气温度是100℃，施加1kV/mm的电场，并且电压施加时间在100℃是180分钟。
环形压电元件20作为参照样本被采样。具有对应于λ/4长度和等于极化电极宽度的宽度的纵横比的矩形棱柱在A相电极的中心部分附近对应于极化电极33的位置从样本切出。这种矩形棱柱压电材料的介电常数的变化是在升高温度的同时在恒温室中测量的，以确定介电常数在其极大的温度Tc。Tc被发现是105℃。另一个以相同方式切出的矩形棱柱压电材料被加热并保持在热板上10分钟，以形成压电元件。压电元件是经由Berlincourt方法利用压电常数测量设备(d33仪(由Alpha公司生产))测量，以确定在室温的常数d33。在增大加热温度并保持5℃的增量以及压电常数在初始水平的95％以下的去极化温度Td被确定的时候，测量重复。因此，发现Td是90℃。
接下来，在低于压电材料的去极化温度Td的温度，压电元件20被热接合到由不锈钢与环氧树脂粘合剂组成的膜片7。在极化电极中，以λ/2节距形成并且彼此相邻的那些通过丝网印刷通过使用导电膏彼此连接，以形成A相电极3和B相电极4。然后，公共电极2和所有非驱动相电极5通过由导电膏形成的短路导线10连接，从而形成用于振荡波马达的定子30。导电膏在低于压电材料的去极化温度Td的温度被加热。
接下来，如图8A至8C中所示，通过在180℃使用各向异性导电膜(ACF)，用于振荡波马达的定子30被热接合到由柔性线缆组成的输入/输出线9。热接合区域50如图8C中所示。使用于振荡波马达的定子30与转子6压力接触，以形成振荡波马达40。振荡波马达控制系统是通过把驱动控制系统连接到振荡波马达40的输入/输出线9来形成的。
这样形成的振荡波马达控制系统被用来驱动振荡波马达，使得转子上的负载是150g·cm并且最大旋转速率是100rpm。因此，从检测相输出的电压是输入电压的0.4倍。
用于振荡波马达的定子30在超声波洗涤器(washer)中在丙酮中浸泡一天一夜。因此，压电元件20从由不锈钢组成的膜片7以及输入/输出线9离开。具有对应于λ/4长度和等于极化电极宽度的宽度的纵横比的矩形棱柱在A相电极的中心部分附近对应于极化电极33的位置从以下区域从压电元件20切出：对应于A相电极中心附近极化电极33的区域、检测相电极8所在的区域以及非驱动相电极5所在的区域。这些样本分别被用作用于驱动相电极的评估压电元件样本、用于检测相电极的评估压电元件样本以及用于非驱动相电极的评估压电元件样本。这些评估压电元件样本在室温通过Berlincourt方法被测量，以确定常数d33。发现用于检测相电极的评估压电元件样本的压电常数的绝对值是用于驱动相电极的评估压电元件样本的压电常数的绝对值的0.6倍。用于检测相电极的评估压电元件样本的压电常数的绝对值与用于非驱动相电极的评估压电元件样本的压电常数的绝对值之差是3％。
实例2
在这个例子中，制备具有由(Ba0.84Ca0.16)(Ti0.941Zr0.059)O3表示的组成的压电材料1，包含0.36重量份的Mn，并且，除用于把用于振荡波马达的定子30连接到由柔性线缆形成的输入/输出线9的热接合区域50如图9A中所示一样之外，通过与实例1相同的方法制作振荡波马达控制系统。
压电材料的组成由X射线荧光分析确定。因此，组成被识别为(Ba0.84Ca0.16)(Ti0.941Zr0.059)O3，包含0.36重量份的Mn。这表明称重的组成与烧结之后的组成相同。除Ba、Ca、Ti、Zr和Mn之外的其它元素的含量低于检测限值并且不多于1重量份。
实例3
在这个例子中，制备具有由(Ba0.86Ca0.14)(Ti0.938Zr0.054Sn0.008)O3表示的组成的压电材料1，包含0.26重量份的Mn，并且，通过与实例1相同的方法制作振荡波马达控制系统。具有300nm平均粒子尺寸并且通过固相方法制备的锡酸钙用于Sn的原材料。用于把用于振荡波马达的定子30连接到由柔性线缆形成的输入/输出线9的热接合区域50如图9D中所示。
压电材料的组成由X射线荧光分析确定。因此，组成被识别为(Ba0.86Ca0.14)(Ti0.938Zr0.054Sn0.008)O3，包含0.26重量份的Mn。这表明称重的组成与烧结之后的组成相同。除Ba、Ca、Ti、Zr和Mn之外的其它元素的含量低于检测限值并且不多于1重量份。
实例4
在这个例子中，制备具有由BaTiO3表示的组成的压电材料1，包含0.12重量份的Mn，并且，通过与实例1相同的方法制作振荡波马达控制系统。但是，烧结在1340℃执行5小时。用于把用于振荡波马达的定子30连接到由柔性线缆形成的输入/输出线9的热接合区域50如图9C中所示。
实例5
在这个例子中，环形压电元件20是从与实例3中相同的材料和相同的方法制备的并且接受极化处理。结果产生的压电元件20在低于压电材料的去极化温度Td的温度热接合到由不锈钢与环氧树脂粘合剂组成的膜片7。
接下来，由柔性线缆形成的输入/输出线9在180℃利用各向异性导电膜(ACF)热接合到由压电元件20和附连到压电元件20的膜片7组成的部件。热接合区域50如图10B中所示。0.5kV/mm电场通过由柔性线缆形成的输入/输出线9在室温施加10分钟，以便再极化连接到由柔性线缆形成的输入/输出线9的电极下面的部分。如图10C中所示，进行再极化处理，使得连接到输入/输出线9的电极下面的全部部分都具有(-)伸缩极性。
在极化电极中，以λ/2节距形成并且彼此相邻的那些电极通过丝网印刷通过使用导电膏彼此连接，以形成A相电极3和B相电极4。然后，公共电极2和所有非驱动相电极5通过由导电膏形成的短路导线10连接。导电膏在低于压电材料的去极化温度Td的温度被热处理，以形成用于振荡波马达的定子30。使定子30与转子6压力接触，从而形成振荡波马达40。驱动控制电路连接到输入/输出线9，以形成振荡波马达控制系统。
实例6
在这个例子中，K2CO3、Na2CO3、Nb2O5和Ta2O5被用作原材料。从其制备压电材料1，使得获得具有期望组成比的钙钛矿类型烧结体(K,Na)(Nb,Ta)O3。其它方面与实例5中相同并且产生振荡波马达控制系统。烧制在空气中在1300℃执行3小时。再极化处理是通过在60℃经由柔性线缆形成的输入/输出线9施加0.5kV/mm电场30分钟而执行的。如图10C中所示，进行再极化处理，使得连接到输入/输出线9的所有电极下面的区域都具有(-)伸缩极性。
比较例1
市售锆钛酸铅(PZT)被用来形成比较例1的环形压电材料1。
环形压电材料1通过使用DC电源通过施加具有0.6kV/mm强度的电场而在空气中极化。电压施加时间在220℃是30分钟。
环形压电元件20被采样作为参照样本。具有对应于λ/4长度和等于极化电极宽度的宽度的纵横比的矩形棱柱在A相电极的中心部分附近对应于极化电极33的位置从样本切出。这种矩形棱柱压电材料的介电常数的变化是在升高温度的同时在恒温室中测量的，从而确定介电常数在其极大的温度Tc。因此，发现Tc是310℃。另一个以相同方式切出的矩形棱柱压电材料被加热并保持在热板上10分钟，以形成压电元件。压电元件的常数d33是经由Berlincourt方法在室温测量的。在增大加热温度并保持5℃的增量以及去极化温度Td被确定的时候，测量重复。发现Td是250℃。
接下来，在低于压电材料的去极化温度Td的温度，压电元件20被热接合到由不锈钢与环氧树脂粘合剂组成的膜片7。在极化电极中，以λ/2节距形成并且彼此相邻的那些通过丝网印刷通过使用导电膏彼此连接，以形成A相电极3和B相电极4。然后，公共电极2和所有非驱动相电极5通过由导电膏形成的短路导线10连接，从而形成用于振荡波马达的定子30。导电膏在低于压电材料的去极化温度Td的温度被热处理。
接下来，如图8A至8C中所示，通过在180℃使用各向异性导电膜(ACF)，振荡波马达的定子30被热接合到由柔性线缆组成的输入/输出线9。热接合区域50如图8C中所示。使用于振荡波马达的定子30与转子6压力接触，以形成振荡波马达40。振荡波马达控制系统是通过把驱动控制系统连接到振荡波马达40的输入/输出线9来形成的。
这样形成的振荡波马达控制系统被用来驱动振荡波马达，使得转子上的负载是150g·cm并且最大旋转速率是100rpm。因此，从检测相输出的电压是输入电压的0.8倍。例如，输出电压是70至120V并且相位检测器电路的相位比较器不输出相位差信息的问题发生。
用于振荡波马达的定子30在超声波洗涤器中在丙酮中浸泡一天一夜。因此，环形压电元件20从由不锈钢组成的膜片7以及输入/输出线9离开。具有对应于λ/4长度和等于极化电极宽度的宽度的纵横比的矩形棱柱在A相电极的中心部分附近对应于极化电极33的位置从以下区域从压电元件20切出：对应于A相电极中心附近极化电极33的区域、检测相电极8所在的区域以及非驱动相电极5所在的区域。这些样本分别被用作用于驱动相电极的评估压电元件样本、用于检测相电极的评估压电元件样本以及用于非驱动相电极的评估压电元件样本。这些评估压电元件样本的常数d33在室温通过Berlincourt方法被测量。发现用于检测相电极的评估压电元件样本的压电常数的绝对值是用于驱动相电极的评估压电元件样本的压电常数的绝对值的1.0倍。
比较例2
在这个比较例中，压电材料1从与实例3相同的原材料和相同的方法制备并且振荡波马达控制系统是由与实例1相同的方法产生的。用于把振荡波马达的定子30热接合到由柔性线缆组成的输入/输出线9的热接合区域50如图10B中所示。热接合时间是实例3中的1/5。
这样形成的振荡波马达控制系统被用来驱动振荡波马达，使得转子上的负载是150g·cm并且最大旋转速率是100rpm。但是，最大旋转速率不能被控制到100rpm。从检测相输出的电压是输入电压的0.001倍并且用于检测相电极的评估压电元件样本的压电常数的绝对值是0.5pC/N。
比较例3
在这个比较例中，振荡波马达控制系统像实例3中那样产生。但是，在由柔性线缆形成的输入/输出线9热接合到用于振荡波马达的定子30之后，两个非驱动相电极5的全部都从柔性线缆之上在120℃加热20秒。
这样形成的振荡波马达控制系统被用来驱动振荡波马达，使得转子上的负载是150g·cm并且最大旋转速率是100rpm。但是，难以把最大旋转速率控制到100rpm，这是因为振荡波马达相对于输入电压的旋转速率的变化。而且，在把压电元件20热接合到膜片7期间，裂开、断开和粘合故障在大量元件中发生。
实例和比较例的结果在表1中示出。
表1
表中缩略语的意义如下：
(I)BCTZ-Mn：(Ba0.813Ca0.187)(Ti0.94Zr0.06)O3+0.26重量份的Mn
(II)BCTZ-Mn：(Ba0.84Ca0.16)(Ti0.941Zr0.059)O3+0.36重量份的Mn
BCTZS-Mn：(Ba0.86Ca0.14)(Ti0.938Zr0.054Sn0.008)O3+0.26重量份的Mn
BTO-Mn：BaTiO3+0.12重量份的Mn
KNNT：(K,Na)(Nb,Ta)O3
PZT：Pb(Zr,Ti)O3
当转子上的负载被控制为150g·cm并且最大旋转速率被控制为100rpm时，实例1、2、3和5以及比较例1中的输入电压是实例4和比较例3中的输入电压的0.8倍以下。因此，驱动效率是令人满意的。但是，如以上所提到的，比较例1中的输出电压大，即，输入电压的0.8倍并且没有观察到驱动效率的改进。
实例4的相变温度Tr在0℃以上且35℃以下的范围内。在实例1、2、3和5中，相变温度Tr不在-5℃以上且50℃以下的范围内。在实例1、2、3和5中所使用的压电材料1和振荡波马达控制系统中，对于外界温度中5℃或更多的变化，转子上的负载为150g·cm并且最大旋转速率为100rpm的输入电压的变化可以被抑制在±10％内。
工业应用
根据本发明的压电元件、用于振荡波马达的定子、振荡波马达以及驱动控制系统，可以使输出电压低于输入电压。因此，它们可以应用到各种类型的共振设备，诸如环形振荡波马达、多层振荡波马达以及杆状振荡波马达。
本发明的有利效果
根据本发明，可以提供能够相对于用于驱动的输入电压降低用于检测的输出电压而无需检测相电极与相位比较器之间的降压电路的压电元件，在相关技术中，检测相电极与相位比较器之间的降压电路是必需的。还可以提供使用压电元件的用于振荡波马达的定子、振荡波马达以及振荡波马达驱动控制系统。
虽然本发明已经参考示例性实施例进行了描述，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围是被赋予最广泛的解释，从而涵盖所有此类修改及等同的结构和功能。
本申请要求于2012年12年26日提交的日本专利申请No.2012-283088的优先权，该申请的全部内容通过引用被结合于此。
标号列表
1    压电材料
2    公共电极
3    驱动相电极(A相电极)
4    驱动相电极(B相电极)
5    非驱动相电极
6，725c   转子
7，725b   膜片
8    检测相电极
9    输入/输出线
10   短路导线
11   第一表面
12   第二表面
20   压电元件
30   用于振荡波马达的定子
33   极化电极
40，725   振荡波马达
50   热接合区域
702  后组透镜(对焦透镜)
711  底座
712  固定镜筒
713  线性导向筒
714  前透镜组镜筒
715  凸轮环
716  后透镜组镜筒
717  凸轮滚柱
718  轴螺丝
719  滚柱
720  旋转传输环
722  滚柱
724  手动对焦环
726  波形垫圈
727  滚珠座圈
728  对焦键
729  接合构件
732  洗涤器
733  低摩擦片

Claims (14)

1.一种压电元件，包括：
具有第一表面和第二表面的单片压电材料；
部署在第一表面上的公共电极；
部署在第二表面上的多个驱动相电极；
部署在第二表面上的检测相电极；及
部署在第二表面上的非驱动相电极，
其中，夹在所述多个驱动相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(1)的压电常数的绝对值d(1)、夹在检测相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(2)的压电常数的绝对值d(2)以及夹在非驱动相电极与公共电极之间的部分中的压电材料(3)的绝对值d(3)满足关系d(2)<0.95d(1)、d(3)<0.95d(1)和0.9≤d(3)/d(2)≤1.1。
2.如权利要求1所述的压电元件，其中，压电材料(2)的压电常数的绝对值d(2)是压电材料(1)的压电常数的绝对值d(1)的0.7倍以下。
3.如权利要求1或2所述的压电元件，其中，压电材料包含少于1000ppm的铅。
4.如权利要求1至3中任一项所述的压电元件，其中，压电材料是包含钛酸钡作为主成分的压电陶瓷材料。
5.如权利要求1至4中任一项所述的压电元件，其中，压电材料包含由以下通式(1)表示的钙钛矿类型金属氧化物作为主成分：
通式(1)：(Ba1-xCax)(Ti1-yZrySnz)O3(0.02≤x≤0.30，0.020≤y≤0.095，0≤z≤0.04，并且y≤x)。
6.如权利要求5所述的压电元件，其中，钙钛矿金属氧化物包含Mn并且相对于100重量份的钙钛矿金属氧化物的Mn含量按金属算是0.02重量份以上且0.40重量份以下。
7.一种用于振荡波马达的定子，包括：
如权利要求1至6中任一项所述的压电元件，该压电元件具有第一表面和第二表面；
部署在第一表面上的膜片；及
部署在第二表面上的电力输入/输出线。
8.一种振荡波马达，包括如权利要求7所述的用于振荡波马达的定子。
9.一种驱动控制系统，包括如权利要求8所述的振荡波马达。
10.一种光学装置，包括如权利要求9所述的驱动控制系统。
11.一种用于制造如权利要求7所述的用于振荡波马达的定子的方法，该方法包括：
(A)在压电材料的第一表面上形成公共电极，在压电材料的第二表面上形成极化电极从而把压电材料夹在公共电极与极化电极之间，然后向压电材料施加电压从而使压电材料极化并获得压电元件；及
(B)选择极化电极中的哪些将作为检测相电极和非驱动相电极并且在大于等于压电材料的去极化温度Td的温度将电力输入/输出线连接到检测相电极的表面的一部分和非驱动相电极的表面的一部分。
12.一种用于制造如权利要求7所述的用于振荡波马达的定子的方法，该方法包括：
(A)在压电材料的第一表面上形成公共电极，在压电材料的第二表面上形成极化电极从而把压电材料夹在公共电极与极化电极之间，然后向压电材料施加电压从而使压电材料极化并获得压电元件；
(B)选择极化电极中的哪些将作为检测相电极和非驱动相电极并且在大于等于压电材料的去极化温度Td的温度把电力输入/输出线连接到检测相电极的表面的一部分或全部和非驱动相电极的表面的一部分或全部；及
(C)再极化夹在检测相电极与公共电极之间以及夹在非驱动相电极与公共电极之间的部分中的压电材料。
13.如权利要求12所述的方法，其中，通过向检测相电极和非驱动相电极施加相同极性的电压来进行再极化(C)，使得夹在检测相电极与公共电极之间以及夹在非驱动相电极与公共电极之间的部分呈现相同的伸缩极性。
14.如权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，去极化温度Td是100℃以上且200℃以下。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2897796B1 (en) * 2012-11-02 2018-08-22 Canon Kabushiki Kaisha Piezoelectric material, piezoelectric element, and electronic equipment
TWI545814B (zh) * 2012-11-02 2016-08-11 佳能股份有限公司 壓電式材料、壓電式元件及電子設備
JP6382616B2 (ja) * 2014-07-29 2018-08-29 日東電工株式会社 回路付サスペンション基板の製造方法
JP6521241B2 (ja) * 2015-05-28 2019-05-29 セイコーエプソン株式会社 圧電素子及び圧電素子応用デバイス
JP6541449B2 (ja) * 2015-06-05 2019-07-10 キヤノン株式会社 振動型駆動装置及び医用システム
US10536097B2 (en) * 2015-11-27 2020-01-14 Canon Kabushiki Kaisha Ultrasonic motor, drive control system, optical apparatus, and vibrator
WO2017164413A1 (en) * 2016-03-25 2017-09-28 Canon Kabushiki Kaisha Method of manufacturing an oscillator, method of manufacturing an oscillatory wave driving apparatus, and method of manufacturing an optical apparatus
JP7191519B2 (ja) 2017-03-03 2022-12-19 キヤノン株式会社 圧電素子の製造方法、振動波モータの製造方法、光学機器の製造方法および電子機器の製造方法
US11081979B2 (en) * 2017-04-25 2021-08-03 Canon Kabushiki Kaisha Vibration-type driving apparatus that detects undesired vibrations, control method for the vibration-type driving apparatus, storage medium, robot, pan head for image pickup apparatus, and image forming apparatus
JP7013151B2 (ja) * 2017-07-13 2022-01-31 キヤノン株式会社 積層圧電素子、振動子、振動波モータ、光学機器および電子機器

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63161882A (ja) * 1986-12-24 1988-07-05 Canon Inc 振動型アクチュエータ装置
US4833358A (en) * 1985-10-09 1989-05-23 Canon Kabushiki Kaisha Vibration wave motor
JPH01214273A (ja) * 1988-02-23 1989-08-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 超音波モータ
DE4131948A1 (de) * 1990-09-27 1992-04-02 Aisin Seiki Ultraschall-motor und vibrationsteil hierfuer
JPH11187677A (ja) * 1997-12-19 1999-07-09 Canon Inc 振動装置、振動型駆動装置およびこれを用いた装置
JPH11206151A (ja) * 1998-01-06 1999-07-30 Nikon Corp 振動アクチュエータ駆動装置
JP2007287931A (ja) * 2006-04-17 2007-11-01 Seiko Epson Corp アクチュエータの製造方法、および、アクチュエータ
CN101182202A (zh) * 2006-11-15 2008-05-21 日本碍子株式会社 压电/电致伸缩材料、压电/电致伸缩体以及压电/电致伸缩元件
US20090212662A1 (en) * 2008-02-08 2009-08-27 Nikon Corporation Vibration actuator, lens barrel and camera
CN101562438A (zh) * 2007-11-27 2009-10-21 韩国科学技术研究院 环形压电超声谐振器和使用环形压电超声谐振器的压电超声旋转电机
JP2012156493A (ja) * 2011-01-07 2012-08-16 Canon Inc 圧電素子、液体吐出ヘッド、超音波モータおよび塵埃除去装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6285684A (ja) 1985-10-09 1987-04-20 Canon Inc 超音波モ−タ−の駆動回路
DE69726134T8 (de) 1997-08-18 2004-12-30 Eta Sa Manufacture Horlogère Suisse Piezoelektrischer Transformator
WO1999044279A1 (fr) * 1998-02-27 1999-09-02 Star Micronics Co., Ltd. Moteur a ultrasons
AT500829B1 (de) 2004-10-07 2007-03-15 Piezocryst Ges Fuer Piezoelek Sensorelement mit zumindest einem messelement, welches piezoelektrische und pyroelektrische eigenschaften aufweist
US8466605B2 (en) 2008-03-13 2013-06-18 Ultrashape Ltd. Patterned ultrasonic transducers
JP2009261116A (ja) * 2008-04-16 2009-11-05 Konica Minolta Opto Inc 圧電アクチュエータおよび圧電アクチュエータの調整方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4833358A (en) * 1985-10-09 1989-05-23 Canon Kabushiki Kaisha Vibration wave motor
JPS63161882A (ja) * 1986-12-24 1988-07-05 Canon Inc 振動型アクチュエータ装置
JP2692801B2 (ja) * 1986-12-24 1997-12-17 キヤノン株式会社 振動型アクチュエータ装置
JPH01214273A (ja) * 1988-02-23 1989-08-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 超音波モータ
DE4131948A1 (de) * 1990-09-27 1992-04-02 Aisin Seiki Ultraschall-motor und vibrationsteil hierfuer
JPH11187677A (ja) * 1997-12-19 1999-07-09 Canon Inc 振動装置、振動型駆動装置およびこれを用いた装置
JPH11206151A (ja) * 1998-01-06 1999-07-30 Nikon Corp 振動アクチュエータ駆動装置
JP2007287931A (ja) * 2006-04-17 2007-11-01 Seiko Epson Corp アクチュエータの製造方法、および、アクチュエータ
CN101182202A (zh) * 2006-11-15 2008-05-21 日本碍子株式会社 压电/电致伸缩材料、压电/电致伸缩体以及压电/电致伸缩元件
CN101562438A (zh) * 2007-11-27 2009-10-21 韩国科学技术研究院 环形压电超声谐振器和使用环形压电超声谐振器的压电超声旋转电机
US20090212662A1 (en) * 2008-02-08 2009-08-27 Nikon Corporation Vibration actuator, lens barrel and camera
JP2012156493A (ja) * 2011-01-07 2012-08-16 Canon Inc 圧電素子、液体吐出ヘッド、超音波モータおよび塵埃除去装置

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Publication number Publication date
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