CN105340096A - 振动波驱动装置、振动波马达用定子、振动波马达、驱动控制系统、光学设备及振动波驱动装置的制造方法 - Google Patents

振动波驱动装置、振动波马达用定子、振动波马达、驱动控制系统、光学设备及振动波驱动装置的制造方法 Download PDF

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武田宪一
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Abstract

振动波驱动装置(25)包括：环形压电元件(20)，包括压电材料(1)和被提供成夹住压电材料(1)的多个电极，该环形压电元件被配置为由波长为λ的行进波振动；及馈电构件(8)，至少包括用于向元件(20)供给电力的电气配线(8a)，该馈电构件(8)在元件(20)的第一表面上提供。元件(20)包括至少两个驱动区域(15，16)以及布置在至少两个驱动区域当中两个之间并且具有nλ/4的平均环形长度的非驱动区域(17)，其中n是奇数。在第一表面上提供的至少一个电极跨区域(15，16)和区域(17)布置，并且只在区域(17)中电连接到馈电构件(8)。

Description

振动波驱动装置、振动波马达用定子、振动波马达、驱动控制系统、光学设备及振动波驱动装置的制造方法
技术领域
本发明涉及振动波驱动装置、振动波马达用定子、振动波马达、驱动控制系统、光学设备及振动波驱动装置的制造方法。具体地，本发明涉及向例如环形振动波马达的电极供给电力的馈电构件，在环形振动波马达中电气-机械能量转换元件被用来在振动构件中激励振动并且结果产生的振动能量被用来生成驱动力。
背景技术
振动(振动波)致动器包括当诸如交变电压的电信号施加到诸如压电元件的电气-机械能量转换元件时向环形、长方形或杆形的弹性构件激励驱动振动的振动器。作为振动致动器的例子，提出了振动波马达，其中振动器相对于与振动器压力接触的弹性构件移动。
现在，示意性地描述环形振动波驱动装置、振动波马达用定子、振动波马达和驱动控制系统。环形振动波马达包括具有内直径和外直径的环形压电元件，使得整个圆周长度等于某个长度λ的整数倍。压电元件包括两个驱动区域(驱动相)，每个驱动区域沿环形方向具有等于λ/2的整数倍的圆周长度。这两个驱动相经历沿环形方向以λ/2节距逆转极性的极化处理。因此，当相同方向的电压被施加到驱动相时，由于逆压电效果，驱动相中的压电元件可以沿环形方向对每个λ/2节距交替逆转伸缩。
两个驱动相布置成使得把非驱动区域夹在中间，其中非驱动区域沿环形方向具有等于λ/4的奇数倍的圆周长度。在非驱动区域中，压电元件不经历极化，压电元件不被施以电压，或者压电元件经历了防止电压被有效施加到其的处理。因此，非驱动区域中的压电元件不能主动伸缩。
非驱动区域可以包括用于检测压电材料的振动状态的检测相(检测区域)。在检测相中，压电元件经历了极化处理。因此，当应变由于外力而在检测相中的压电元件中生成时，由于正压电效果，检测相中的压电元件输出与该应变量相符的电压。
振动波驱动装置是通过向压电元件的驱动相提供用于电力供给的电气配线并且向压电元件的检测相提供用于电压检测的电气配线来获得的。由弹性构件形成的膜片被粘结到振动波驱动装置，以获得振动波马达用定子。作为电气配线，通常使用作为集成的馈电构件的柔性印制板。
在振动波马达用定子中，当具有作为振动波马达用定子的固有频率的频率的交变电压施加到环形压电元件的仅一个驱动相时，具有波长λ的驻波沿环形方向跨膜片的整个圆周在膜片中生成。另外，当类似的交变电压施加到仅另一个驱动相时，具有波长λ的驻波类似地沿环形方向跨膜片的整个圆周在膜片中生成。另外，由两个驱动相生成的驻波的节点的位置沿膜片的环形方向彼此偏移λ/4。
每个都具有作为振动波马达用定子的固有频率的频率的交变电压以这样一种方式被施加到振动波马达用定子的两个驱动相，所述方式即频率相同而时间相位差为π/2。于是，由于两个驱动相的驻波的合成，在环形方向行进的具有波长λ的行进波在膜片中生成。
此时，当关注膜片的表面(振动波驱动装置未粘结到其上的表面)的某个点时，一种椭圆运动在膜片的该表面上发生。这种椭圆运动沿环形方向在膜片的所有位置发生，并且由此与膜片表面保持接触的物体可以沿膜片的环形方向移动。另外，当要施加到两个驱动相的交变电压的时间相位差切换成-π/2时，物体移动方向逆转。
通过让被称为转子的环形弹性构件与振动波马达用定子的膜片的表面压力接触，获得振动波马达。要施加到环形压电元件的两个驱动相的交变电压的时间相位差的正或负符号被切换，并且交变电压的量值(magnitude)和交变电压的频率被精细地调整。以这种方式，期望的行进波可以在振动波马达用定子中生成，从而改变转子的旋转方向、扭矩和旋转速度。
通过把驱动电路连接到振动波马达，获得驱动控制系统。驱动电路包括用于比较两个交变电压的相位的相位比较器，以便基于该结果输出作为电压值的相位信息。例如，当振动波马达被驱动时，从检测相输出的交变电压和施加到驱动相的交变电压被输入到相位比较器。然后，基于从相位比较器输出的相位差信息，可以知道离共振状态的偏差。要施加到驱动相的电信号是基于这个信息确定的，以生成期望的行进波。以这种方式，超声波马达的旋转速度得以控制。
另外，作为这种环形振动致动器，已知在PTL1中公开的振动致动器。
在PTL1中公开的超声波马达是环形振动波马达，包括作为振动波马达用定子的致动器，以及作为被称为转子的环形弹性构件的移动元件，其中振动器是通过将作为膜片的弹性构件粘结到振动波驱动装置来获得的，其中作为馈电构件的柔性印制板被提供给作为压电元件的压电主体。
压电主体包括作为A-相共用电极的A-相电极、作为B-相共用电极的B-相电极以及用于接地的电极。柔性印制板包括A-相信号线和B-相信号线，这些是用于向驱动相供给电力的电气配线，以及接地信号线。每根信号线包括地面部分(暴露部分)。柔性印制板的A-相信号线、B-相信号线和接地信号线分别在各自的地面部分连接到压电主体的A-相电极、B-相电极和接地电极。
另外，在A-相电极、B-相电极和用于接地的电极在其上形成的压电主体的表面上以及在其跨压电材料的相对侧的表面上，形成接地电极(未示出)。接地电极是电连接到弹性构件的共用电极，从而通过弹性构件的中介维持压电主体的接地电极的表面至接地电位。接地电极通过弹性构件的中介电连接到用于接地的电极。
用于接地的电极在压电主体的A-相电极和B-相电极之间提供。如在PTL1中所公开的，对应于λ/4波长的间隔在作为驱动相的A相和B相之间提供。即，包括用于接地的电极的压电主体的区域是沿环形方向具有λ/4圆周长度的非驱动区域。用于接地的电极和接地电极通过弹性构件的中介彼此连接，并且由此在用于接地的电极和接地电极之间的压电主体不被有效地施以电压。
另外，作为这种环形振动致动器，已知在PTL2中公开的振动致动器。
在PTL2中公开的超声波马达是包括振动波马达的转子和定子的振动波马达，这是通过将作为膜片的金属弹性构件2粘结到振动波驱动装置来获得的，其中铅线(leadline)和作为馈电构件的微调电阻器被提供给具有极化部分(PTL2的压电元件15、16和17)和未极化部分(PTL2的压电元件14)的压电元件。
压电元件的驱动相电极(PTL2的压电元件15和16)分别连接到作为馈电构件的微调电阻器，并且微调电阻器分别连接到铅线。
在这种情况下，微调电阻器在PTL2中的图2的等效电路中由Ra和Rb表示。微调电阻器每个都是通过混合陶瓷和金属所获得的薄膜电阻器，并且每个都是可以被激光束切割的可变电阻器。另外，如PTL2的图3中所示，电阻值依赖于温度而变，并且大于100Ω。
在驱动相电极在其上形成的压电元件(PTL2的压电元件15和16)的表面上以及在其跨压电主体的相对侧的表面上，形成全表面电极(未示出)。全表面电极是电连接到金属弹性构件的共用电极，从而通过其中心部分维持金属弹性构件至接地电位。另外，压电元件(PTL2的压电元件17)包括监视电极，并且压电元件(PTL2的压电元件17)的振动状态可以通过用共用电极夹住压电主体来检测。
即，在PTL2中所公开的超声波马达中，压电元件(PTL2的压电元件15和16)变成驱动相，而另一个压电元件(PTL2的压电元件17)变成在非驱动区域中提供的检测相。另外，未极化的压电元件(PTL2的压电元件14)也变成非驱动区域。鉴于环形振动波马达的驱动原理和PTL2的图1，压电元件的非驱动区域(在PTL2中压电元件14布置在其中的区域)沿环形方向具有3λ/4圆周长度。另外，压电元件的非驱动区域(在PTL2中压电元件17布置在其中的区域)沿环形方向具有λ/4圆周长度。
引用列表
专利文献
PTL1：日本专利申请特许公开号2005-210860
PTL2：日本专利申请特许公开号H03-285575
发明内容
技术问题
同时，近年来，在振动致动器中要求更高性能、更高质量和更低成本。馈电构件是抑制振动致动器的振动的一个因素。在诸如环形振动波马达的相关领域振动致动器中，用于向驱动相供给电力的电气配线通过馈电构件的中介被直接连接到驱动相电极。因此，压电元件被禁止自发地伸缩，并且因此振动致动器的振动被抑制。尤其是在近年来，为了降低成本和提高质量，柔性印制板被用作振动致动器的馈电构件。但是，在诸如环形振动波马达的相关领域振动致动器中，馈电构件跨不仅包括非驱动区域而且包括两个驱动相的部分的宽区域被粘结。因此，不仅振动致动器的性能降低而且由于性能波动造成的质量下降以及馈电构件的成本增加都变成问题。
本发明是鉴于以上提到的问题实现的，并且致力于提供振动波驱动装置、振动波马达用定子、振动波马达、驱动控制系统、光学设备以及振动波驱动装置的制造方法，这些能够实现环形振动致动器的更高性能、更高质量和更低成本，而不限制压电元件的主动伸缩，不像相关领域中那样。
对问题的解决办法
为了解决以上提到的问题，根据本发明的一方面，提供了振动波驱动装置，包括：环形压电元件，包括一片式压电材料和被提供成夹住该一片式压电材料的多个电极，该环形压电元件被配置为由波长为λ的行进波振动；以及馈电构件，至少包括用于向环形压电元件供给电力的电气配线，该馈电构件在环形压电元件的第一表面上提供，其中环形压电元件包括至少两个驱动区域以及布置在至少两个驱动区域当中两个之间并且具有nλ/4的平均环形长度的非驱动区域，其中n是奇数，并且其中在第一表面上提供的至少一个电极跨非驱动区域和所述至少两个驱动区域中的相应一个布置，并且只在非驱动区域中电连接到馈电构件。
为了解决以上提到的问题，根据本发明的另一方面，提供了振动波马达用定子，至少包括：以上提到的振动波驱动装置；以及在环形压电元件的至少一个电极表面上提供的膜片。
为了解决以上提到的问题，根据本发明的还有另一方面，提供了振动波马达，至少包括：以上提到的振动波马达用定子；以及与膜片的振动表面接触提供的转子。
为了解决以上提到的问题，根据本发明的还有另一方面，提供了驱动控制系统，至少包括通过馈电构件的中介电连接到以上提到的振动波马达的驱动电路。
为了解决以上提到的问题，根据本发明的还有另一方面，提供了光学设备，包括以上提到的驱动控制系统。
为了解决以上提到的问题，根据本发明的还有另一方面，提供了制造以上提到的振动波驱动装置的方法，该方法包括：在至少两个驱动区域当中每一个的第一表面上提供极化电极，在非驱动区域中的第一表面上提供驱动相电力供给电极，并且在第二表面上提供共用电极；向极化电极施加电压，以便使一片式压电材料经历极化处理；跨极化电极和驱动相电力供给电极提供连接电极；并且只在非驱动区域中将驱动相电力供给电极和馈电构件彼此连接。
参照附图，本发明的更多特征将从以下对示例实施例的描述变得清楚。
附图说明
图1A、图1B和图1C是示出根据本发明一种实施例的振动波马达用定子的示意图。
图2A、图2B和图2C是示出根据本发明一种实施例的振动波驱动装置的示意图。
图3A、图3B和图3C是示出根据本发明一种实施例的振动波驱动装置的压电元件的示意图。
图4A和图4B是示出在本发明中使用的压电元件的驱动区域中伸缩极性的示意图。
图5A、图5B、图5C和图5D是以放大的方式示出本发明的振动波马达用定子的非驱动区域附近的示意图。
图6A和图6B是示出本发明的振动波马达的配置的示意图。
图7是示出根据本发明一种实施例的驱动控制系统的电路的示意图。
图8A和图8B是示出根据本发明一种实施例的光学设备的示意图。
图9是示出根据本发明一种实施例的光学设备的示意图。
图10A、图10B、图10C、图10D和图10E是示出本发明的振动波马达用定子的制造方法的例子的示意性过程图。
图11A、图11B、图11C、图11D和图11E是示出根据比较例1的振动波马达用定子的制造方法的例子的示意性过程图。
具体实施方式
现在，描述本发明的示例性实施例。
本发明的振动波驱动装置具有包括以下的特征：环形压电元件，包括一片式压电材料和被提供成夹住该一片式压电材料的多个电极，该环形压电元件被配置为由波长为λ的行进波振动；以及馈电构件，至少包括用于向环形压电元件供给电力的电气配线，该馈电构件在环形压电元件的第一表面上提供，其中，环形压电元件至少包括两个驱动区域以及布置在至少两个驱动区域当中两个之间并且具有nλ/4的平均环形长度的非驱动区域，其中n是奇数，并且其中在第一表面上提供的至少一个电极跨非驱动区域和至少两个驱动区域中相应的一个布置，并且只在非驱动区域中电连接到馈电构件。
图1A、1B和1C是示出根据本发明一种实施例的振动波马达用定子30的示意图。图1A是本发明的振动波马达用定子30的一个表面的示意性平面图，图1B是沿图1A的线A-A取得的振动波马达用定子30的截面图，而图1C是跨本发明的振动波马达用定子30的压电元件20的图1A中所示表面的相对侧的表面的示意性平面图。
图2A、2B和2C是示出根据本发明一种实施例的振动波驱动装置25的示意图。图2A是本发明的振动波驱动装置25的一个表面的示意性平面图，图2B是沿图2A的线B-B取得的振动波驱动装置25的截面图，而图2C是跨本发明的振动波驱动装置25的压电元件20的图2A中所示表面的相对侧的表面的示意性平面图。
图3A、3B和3C是示出根据本发明一种实施例的振动波驱动装置25的压电元件20的示意图。图3A是压电元件20的第一表面的示意性平面图，图3B是沿图3A的线C-C取得的压电元件20的截面图，而图3C是跨压电材料1的图3A中所示表面相对侧的表面(即，压电元件20的第二表面)的示意性平面图。
如图1A至1C中所示，本发明的振动波马达用定子30包括振动波驱动装置25、膜片9和短路配线10。膜片9由弹性构件形成，并且优选地(但不限于)是导体。膜片具有在与压电元件保持接触的表面相对的侧的振动表面。另外，如图2A至2C中所示，本发明的振动波驱动装置25包括压电元件20以及至少包括用于向压电元件20供给电力的电气配线8a和绝缘体8b的馈电构件8，馈电构件8在压电元件20的第一表面上提供。应当注意的是，如图1B中所示，膜片9在与第一表面相对的压电元件20的表面(即，压电元件20的第二表面)上提供。另外，如图3A和3C中所示，在本发明中使用的压电元件20在环形圆周方向上包括两个驱动区域15和16以及两个非驱动区域17和18。
另外，在本发明中使用的压电元件20包括，例如，具有0.1mm至2.0mm厚度的基本均匀的环形一片式压电材料1以及被提供成夹住压电材料1的多个电极。在多个电极中，驱动相电极3在压电元件20的第一表面上提供，并且跨驱动区域15和非驱动区域17布置。类似地，驱动相电极4在压电元件20的第一表面上提供，并且跨驱动区域16和非驱动区域17布置。两个接地电极5布置在非驱动区域17中，从而在环形方向上与驱动相电极3和驱动相电极4相邻。接地电极6布置在非驱动区域18中，从而被夹在驱动相电极3和驱动相电极4之间。检测相电极7布置在非驱动区域17中，从而被夹在两个接地电极5之间。另外，如图3C中所示，在本发明的多个电极中，共用电极2在压电元件20的第二表面上提供，并且跨驱动区域15和16以及非驱动区域17和18以环形形状布置。
另外，如图2A中所示，驱动相电极3和4只在非驱动区域17中电连接到馈电构件8的电气配线8a，而在驱动区域15和16中不电连接到电气配线8a。另外，驱动相电极3和4只在非驱动区域17中物理粘结到馈电构件8的绝缘体8b，而在驱动区域15和16中不物理粘结到绝缘体8b。
在本发明的振动波驱动装置25中，例如，共用电极2被维持至接地电位，并且电力经由馈电构件8的电气配线8a供给驱动相电极3和4，由此向压电元件20的驱动区域15和16施加电压。
在图1A至1C中所示的本发明的振动波马达用定子30中，当具有作为例如振动波马达用定子30的第七阶固有频率的频率的交变电压施加到驱动区域15时，具有波长λ的驻波沿环形方向跨膜片9的整个圆周在膜片9中生成。这对于另一驱动区域16同样成立。在这种情况下，因为提供了非驱动区域18，所以由驱动区域15和16生成的驻波的节点的位置沿膜片9的环形方向偏移λ/4。
在如图1A至1C中所示的本发明的振动波马达用定子30中，每个都具有作为振动波马达用定子30的第七阶固有频率的频率的交变电压施加到驱动区域15和16，使得其时间相位差是π/2。在这种情况下，由于由两个驱动相生成的驻波的合成，在环形方向行进的具有波长λ的行进波在膜片9中生成。驻波的波长λ可以通过例如由激光多普勒振动计从图1A的表面一侧测量振动波马达用定子30的位移量来计算。驻波的波长λ等于由激光多普勒振动计在其测出的位移量最大的两个闭合点之间的平均环形长度的两倍。当波长λ被确定时，优选地由激光多普勒振动计测量位移量10次或更多并且使用其平均值。此时，当关注膜片9的表面(图1C中所示的表面)上的一个点时，一种椭圆运动在膜片9的该表面上发生。这种椭圆运动沿环形方向在膜片9的所有位置发生，并且由此与膜片9的表面保持接触的物体可以沿膜片9的环形方向移动。另外，当要施加到两个驱动相的交变电压的时间相位差被设定为-π/2时，物体移动方向逆转。即，图1A至1C中所示本发明的振动波马达用定子30可以利用第七阶固有频率以振动模式被驱动。
在本发明的振动波驱动装置25中，驱动相电极3和4不仅跨驱动区域15和16而且跨非驱动区域17布置。因此，没有必要将馈电构件8电连接或物理粘结到驱动区域15和16。即，在驱动区域15和16中，压电元件20的主动伸缩不被馈电构件8限制。因此，防止了由馈电构件8造成的振动波马达用定子30的振动性能的下降。另外，还防止了由于振动波马达用定子30的振动性能的波动造成的质量下降，其中振动性能的波动是由馈电构件8连接到压电元件20等时的位置波动造成的。另外，与相关领域中的振动波驱动装置相比，馈电构件8的尺寸减小，并且馈电构件8的成本可以降低。
本发明的一片式压电材料指具有同质成分的无缝陶瓷压电材料，这是通过同时烧制具有相同成分的原材料而形成的。陶瓷一般是微晶体的聚合，并且每个晶体包括具有正电荷的原子和具有负电荷的原子。在大部分陶瓷中，正电荷和负电荷处于平衡状态。但是，存在一种被称为铁电陶瓷的介电陶瓷，其中，即使在自然状态，晶体中正和负电荷的平衡也丧失，因而造成电荷的偏差(自发极化)。
在铁电陶瓷被烧制之后，其自发极化的方向是离散的，并且整个陶瓷看起来没有电荷的偏差。但是，当高电压施加到其时，自发极化的方向被均匀地对准，即使在电压取消之后这也不能恢复。自发极化的方向的这种对准一般被称为极化处理。另外，当电压从经历了极化处理的铁电陶瓷的外面施加时，陶瓷中的正和负电荷每一个的中心关于外部电荷被吸引或排斥，这造成陶瓷主体伸缩(逆压电效果)。本发明的一片式压电材料指经历了如上所述的极化处理的陶瓷材料，以造成逆压电效果，并且指其中一片式压电材料的至少一部分经历了极化处理的陶瓷材料。
本发明的驱动区域指其中(当电压施加到压电元件时)压电元件能主动伸缩的区域。存在至少两个驱动区域，并且平均环形长度等于λ/2的倍数。另一方面，本发明的非驱动区域指其中压电元件不能主动伸缩的区域。在两个驱动区域之间存在至少两个非驱动区域，并且平均环形长度等于λ/4的奇数倍。在图3A至3C中所示的本发明中所使用的压电元件20的例子中，驱动区域15和16当中每一个的平均环形长度是3λ。另外，非驱动区域17的平均环形长度是3λ/4，并且非驱动区域18的平均环形长度是λ/4。应当注意的是，波长λ是基于诸如振动波马达的致动器所需的性能确定的设计值。当其平均环形长度等于λ/4的奇数倍的非驱动区域被形成时，只要振动波可以被适当地传播，即使关于波长λ发生±20％或更小的偏差，该偏差也可以被允许。偏差优选地是关于波长λ的±10％或更小，并且更优选地是±5％或更小。此外，期望在波长λ和非驱动区域的平均环形长度之间存在对应关系。
如图3A至3C中所示，在本发明中所使用的压电元件20包括两个驱动区域和两个非驱动区域，但是，在本发明中所使用的压电元件不限于此。只要在环形方向行进的行进波主要在膜片中生成，就可以提供三个或更多个驱动区域和三个或更多个非驱动区域。
图4A和4B是示出在本发明中使用的压电元件20的驱动区域15和16中伸缩极性的示意图。本发明的伸缩极性被使用以区分在正电压施加到图3A中所示压电元件20的表面(压电元件20的第一表面)上的电极时在环形方向上压电元件20的伸缩。在图4A和4B中，其中压电元件20在环形方向扩张的情况用“+”表示，并且其中压电元件20在环形方向收缩的情况用“-”表示。在图3A至3C中所示的本发明中所使用的压电元件20的驱动区域15和16事先经历了沿环形方向以λ/2节距交替逆转极性的极化处理。因此，当相同方向的电压施加到驱动区域15和16时，由于逆压电效果，驱动区域15和16可以沿环形方向对每个λ/2节距交替逆转地伸缩。即，如图4A和4B中所示，驱动区域15和16当中每一个具有其中极性对每个λ/2节距交替逆转的伸缩极性。
同时，在图4A中，对于非驱动区域17和18，未示出伸缩极性。但是，这不意味着非驱动区域17和18不具有伸缩极性。本发明的非驱动区域是其中压电元件20不能主动伸缩的区域。如果非驱动区域17和18经历了防止压电元件20主动伸缩的处理，则压电元件20本身可以具有或不具有伸缩极性。例如，如稍后描述的，检测相电极7布置在其中的非驱动区域17的一部分中的压电元件20需要伸缩极性。因此，如图4B中所示，非驱动区域17和18也优选地部分地具有伸缩极性。
在这种情况下，压电元件20的、检测相电极7布置在其中的非驱动区域17的一部分指其中与检测相电极7和共用电极2的两个电极表面垂直的线与压电材料相交的区域。应当注意的是，当检测相电极7和共用电极2不平行布置时，该部分指其中与两个电极表面(即，检测相电极7的表面和检测相电极7投影到其的共用电极2的表面)垂直的线与压电材料相交的区域。在下面，当做出表述“电极布置在其中的一部分”时，该表述具有这种意思。这对于驱动相电极3和4布置在其中的部分以及接地电极6布置在其中的一部分同样成立。
在这种情况下，防止压电元件20主动伸缩的处理指，例如，如图1A的非驱动区域18中所示，通过由导体制成的膜片9和短路配线10将共用电极2和接地电极6彼此电连接的处理。即使压电元件20本身具有伸缩极性，并且接地电极6通过任何方式被供以电力，压电元件20都不主动伸缩。当非驱动区域18具有如图4B中所示的伸缩极性时，这种处理是有效的。
另外，防止压电元件20主动伸缩的其它处理是，例如，防止馈电构件8的电气配线8a与接地电极5中的一个之间的电连接的处理。即使当馈电构件8物理粘结到非驱动区域17并且压电元件20本身具有伸缩极性时，压电元件20也不能主动伸缩。通过使馈电构件8和接地电极5之间的连接部分经历绝缘处理，或者除去馈电构件8的电气配线8a中连接到接地电极5的部分，这种处理是可能的。当非驱动区域17具有如图4B中所示的伸缩极性时，这种处理是有效的。
另外，防止压电元件20主动伸缩的其它处理是，例如，即使当馈电构件8的电气配线8a和电极彼此电连接时也防止电力从驱动电路供给的处理。即使当压电元件20本身具有伸缩极性时，压电元件20也不能主动伸缩。当非驱动区域17具有如图4B中所示的伸缩极性时，这种处理是有效的，并且是优选地关于稍后描述的检测区域(检测相)要执行的处理。
本发明的电极是在环形一片式压电材料1的任意一个表面上提供的导体，并且其电阻值小于10Ω，优选地是小于1Ω。例如，在共用电极2的情况下，电极的电阻值可以通过由万用表(电测试仪)测量环形圆周方向上的电阻(即，共用电极的某个点与关于环形形状的中心中心对称的某个点之间的电阻)来评估。另外，例如，在驱动相电极3的情况下，其电阻值可以通过由万用表(电测试仪)测量环形圆周方向上隔开最多的点之间的电阻来评估。其它电极可以通过类似的方法来评估。另外，作为本发明的电极，Ag膏、Ag烧制电极、Au/Ti溅射电极等等是优选的，因为厚度和电阻值小。
只要电极具有直接在压电材料1的任意一个表面上提供的部分，本发明的电极就可以是多个电极的层压。例如，如上所述，压电元件20的驱动区域15和16中的压电材料经历了沿环形方向以λ/2的节距交替逆转极性的极化处理。即，如图4A和4B中所示，压电元件20的伸缩极性变化。为了执行这种极化处理，优选地是在其中多个极化电极(极化电极33)在压电材料1的一个表面(例如，图3A中所示的压电元件20的第一表面)上提供并且共用电极2在压电材料1的另一个表面(例如，图3C中所示的压电元件20的第二表面)上提供的状态下执行极化处理。驱动相电极3和4当中每一个可以通过利用单独的电极连接多个极化电极或者把另一个电极从上面重叠到多个极化电极上来获得。
同时，需要本发明的驱动相电极3和4不仅跨驱动区域15和16而且跨非驱动区域17布置。因此，电极(例如，图10B的驱动相电力供给电极34)也在非驱动区域17中提供，并且在非驱动区域17中提供的电极和多个极化电极也可以利用其它电极连接，或者其它电极可以从上面重叠到那些电极上，由此获得驱动相电极3和4。在本发明中，需要馈电构件8确实电连接到非驱动区域17中的每个电极。因此，通过重叠其它电极获得驱动相电极3和4是本发明的示例性实施例。
应当注意的是，当通过将其它电极从上面重叠到在驱动区域15和16中提供的多个极化电极和在非驱动区域17中提供的电极上而获得驱动相电极3和4时，那些电极可以由相同材料或不同材料制成，或者可以由相同材料制成但由不同方法产生。另外，即使当驱动相电极3和4是利用个体电极连接那些个体电极所获得的时，用于连接的个体电极也可以由相同材料或不同材料制成，或者可以由相同材料制成但由不同方法产生。只需要随后提供的电极具有在环形一片式压电材料1的任意一个表面上直接提供的一部分，并且电极的电阻值小于10Ω，优选地是小于1Ω。
驱动区域15和16以及非驱动区域17和18可以通过以下方法的验证来识别。如图3A和3C中所示，非驱动区域18被夹在驱动相电极3和4之间。在这种情况下，当驱动相电极3或4和接地电极6之间的边界部分的中点被设定为起点时，非驱动区域18的平均环形长度得到理解。例如，在图3A至3C中所示的环形压电元件的情况下，当在驱动相电极3或4和接地电极6之间的边界部分处沿接地电极6的边缘的径向中点被设定为起点时，其中心位于环形压电元件的环中心的弧的长度可以被测量，以获得平均环形长度。如上所述，非驱动区域18的平均环形长度是λ/4。接下来，压电元件20的平均环形长度被确认。在图3A至3C中所示本发明中所使用的压电元件20的情况下，平均环形长度是7λ(大约为非驱动区域18的平均环形长度的28倍)。同时，驱动区域15和16当中每一个的平均环形长度是λ/2的整数倍。另外，在本发明的振动波驱动装置25中，馈电构件8只布置在非驱动区域17中。鉴于此，可以可视地确认非驱动区域17具有大约为非驱动区域18长度的3倍的长度。因此，在图3A至3C中所示本发明中所使用的压电元件20中，非驱动区域17是3λ/4。因此，应当理解，驱动区域15和16当中每一个的平均环形长度是7λ-(λ/4+3λ/4)＝6λ的一半，即，3λ。因此，在图3A至3C中所示本发明中所使用的压电元件20中，当驱动相电极3或4和接地电极6之间的边界部分的中点被设定为起点时，在平均环形长度为3λ的范围内的区域可以被识别为本发明的驱动区域15或16。
在本发明的振动波驱动装置中，非驱动区域具有nλ/4的平均环形长度(n是奇数)，并且n优选地是1或3。
在本发明的振动波驱动装置25中，馈电构件8只在非驱动区域17中电连接到在压电元件20的第一表面上提供的驱动相电极3和4。因此，当非驱动区域17的平均环形长度变小时，馈电构件8的尺寸可以减小，这使得馈电构件8的成本进一步降低。另外，在具有相同平均环形长度的压电元件中，当非驱动区域17和18当中每一个的平均环形长度变小时，驱动区域15和16当中每一个的平均环形长度变大。因此，振动波马达用定子30的振动性能提高。另外，非驱动区域17和18是其中压电元件20不能主动伸缩的区域，而是由于驱动区域15和16生成的振动的传输而振动的区域。因此，当非驱动区域17和18当中每一个的平均环形长度变小时，可以进一步防止通过传输所生成的振动被馈电构件8抑制，并且因此振动波马达用定子30的振动性能提高。如上所述，平均环形长度优选地更小，并且n优选地是1或3。n更优选地是1。
同时，为了对振动波马达用定子30和振动波马达40实现更优选的配置，本发明的振动波驱动装置25的非驱动区域17可以既具有如稍后描述的检测区域(检测相)的功能又具有将共用电极2和馈电构件8的电气配线8a彼此电连接的功能。当非驱动区域具有这种功能时，n可以是3。
另外，只要振动波的质量被满足，关于馈电构件8和非驱动区域的连接，即使当馈电构件8被连接成稍微超出非驱动区域，也可以认为馈电构件只在非驱动区域中被电连接。但是，期望布置的容差是关于波长λ的大约5％或更小，并且更优选地降低至3％或更小。
本发明的振动波驱动装置优选地满足以下关系，
0≤d(2)<0.1d(1)，
其中d(1)代表每个驱动区域的压电常数的绝对值，并且d(2)代表非驱动区域的如下部分的压电常数的绝对值，该部分包括跨驱动区域中相应的一个和非驱动区域布置的电极。
在本发明的振动波驱动装置25中，驱动相电极3和4不仅跨驱动区域15和16而且跨非驱动区域17布置。因此，驱动相电极3和4布置在其中的非驱动区域17的部分通过馈电构件8的电气配线8a被供给电力。但是，有必要防止压电元件20在非驱动区域17中主动伸缩。例如，需要诸如减小驱动相电极3和4布置在其中的非驱动区域17的每一个部分的压电常数(压电常数的绝对值d(2))的处理。另外，例如，需要诸如改变共用电极2的布置以便从与驱动相电极3和4布置在其中的非驱动区域17的部分垂直的线与压电材料相交的区域中除去共用电极2的装置。
在本发明的振动波马达用定子30中，改变共用电极2的布置的后一种方法需要防范电压可能通过膜片9被施加并且因此就生产率和成本而言不是优选的风险的对策。另一方面，在减小d(2)的前一种方法的情况下，只要d(2)比驱动区域15和16的压电常数(压电常数的绝对值d(1))充分小，即使d(2)不完全为0，也可以生成不被打扰的行进波。在这种情况下，“充分小”指满足d(2)<0.1d(1)的情况。
同时，当压电材料1未经历极化处理时，逆压电效果不发生。另外，当极化处理不充分时，逆压电效果小。另外，当压电材料1在等于或高于压电材料的居里温度(Tc)的温度或者在等于或高于去极化温度(Td)的温度经历了热处理时，逆压电效果显著减小。另外，即使当该温度等于或小于居里温度或者等于或小于去极化温度时，与温度在其附近时不执行热处理的情况相比，逆压电效果也减小。如上所述，即使在相同的压电材料中，逆压电效果的程度也依赖于极化处理条件、热处理条件等等而变化。另外，当一片式压电材料只有一部分在等于或高于居里温度或者等于或高于去极化温度的温度经历了诸如热处理的处理时，即使在一片式压电材料中，逆压电效果的程度也部分地变化。本发明的压电常数指一片式压电材料的某部分的这种压电常数。
评估本发明的压电常数的绝对值d(1)和压电常数的绝对值d(2)的方法如下。首先，在本发明的振动波马达用定子30中，振动波驱动装置25从膜片9被除去，并且接下来压电元件20从馈电构件8被除去。然后，压电元件20的期望部分被切割，以便由Berlincourt法进行评估。具体而言，当压电常数的绝对值d(1)被评估时，优选地是驱动区域15和16当中每一个的基本中心部分被切割，用于由Berlincourt法进行评估。另外，当压电常数的绝对值d(2)被评估时，优选地是驱动相电极3和4布置在其中的非驱动区域17的整个部分被切割，用于由Berlincourt法进行评估。在由Berlincourt法进行的评估中，原则上被切割部分的面积没有影响，但是为了比较，优选地是两个切割面积基本上相同。
可以由Berlincourt法进行评估的压电常数是借助正压电效果的d33常数。另一方面，在本发明的振动波马达用定子30中，膜片被在环形方向(即，与通过逆压电效果产生的电场垂直的平面)上生成的应变振动。因此，要被评估的压电常数d优选地是利用逆压电效果测量的d31或d32常数。但是，只要压电常数的绝对值d(1)与压电常数的绝对值d(2)可以相对相互比较，本发明在实践使用当中就没有问题。因此，通过由以上提到的方法评估d33常数的绝对值，压电常数可以彼此进行比较。
在本发明的振动波驱动装置中，优选地是非驱动区域包括用于检测振动波驱动装置的振动的检测区域，并且压电元件还包括布置在检测区域的第一表面上的检测相电极，该检测相电极电连接到馈电构件。
在本发明的振动波马达用定子30的膜片9中，生成在环形方向行进的行进波。同时，振动波马达用定子30的振动也被传送到非驱动区域17。本发明的检测区域(检测相)指用于检测通过由本发明的振动波马达用定子30生成的振动的传输在非驱动区域17中生成的振动的区域。与所生成的振动相符的应变在检测区域的压电元件20中生成。压电元件20输出与由正压电效果所生成的应变量相符的电压。即，在本发明中使用的压电元件20的振动状态可以作为电信号被输出。
如上所述，本发明的振动波驱动装置25包括检测区域，并且因此本发明的振动波马达用定子30的振动状态可以作为电信号被检测。该电信号被输入到，例如，稍后描述的本发明的驱动控制系统中的相位检测电路中，由此用于本发明的振动波马达40的驱动控制。
同时，检测区域不从驱动电路被供电，并且因此检测区域是其中压电元件不能主动伸缩的区域。但是，压电元件需要输出与在检测区域中生成的应变量相符的电压。因此，检测区域的压电元件需要伸缩极性。检测区域沿环形方向以不是波长λ的整数倍的长度在非驱动区域中提供。
具体而言，在图3A至3C中所示本发明的振动波驱动装置25的压电元件20中，检测区域在非驱动区域17中与检测相电极7和共用电极2的两个电极表面垂直的线与压电材料1相交的区域(即，检测相电极7布置在其中的区域)中提供。检测区域具有，例如，在图4B中所示的“-”伸缩极性，并且平均环形长度是λ/4。检测相电极7布置在非驱动区域17的第一表面(图3A中所示的表面)上夹在接地电极5之间的位置。在图2A至2C中所示本发明的振动波驱动装置25中，检测相电极7电连接到馈电构件8的电气配线8a。检测相电极7不从驱动电路被供电。即，检测区域经历了防止压电元件20主动伸缩的处理。
检测相电极7在非驱动区域17的第一表面上形成，并且因此，当驱动相电极3和4电连接到馈电构件8时，同时，检测相电极7可以电连接到馈电构件8的电气配线8a。应当注意的是，只要检测区域沿环形方向以不是波长λ的整数倍的长度在非驱动区域中提供，检测区域就可以在任何位置提供。另外，只要检测相电极沿环形方向以不是波长λ的整数倍的长度在非驱动区域中提供，检测相电极就也可以在任何位置提供。
在本发明的振动波驱动装置中，优选地是，当与第一表面相对的表面被称为第二表面时，压电元件包括布置在非驱动区域的第一表面上的接地电极，该接地电极电连接到第二表面上的电极并且电连接到馈电构件。
在本发明的振动波驱动装置25中，共用电极2被维持到接地电位，并且电力通过馈电构件8的电气配线8a被供给驱动相电极3和4。因此，电压可以施加到压电元件20的驱动区域15和16。另外，共用电极2被维持到接地电位，并且与检测区域中生成的应变量相符的电压从检测相电极7通过馈电构件8的电气配线8a被输出。因此，压电元件20的振动状态可以作为电信号被输出。即，优选地是维持共用电极2到接地电位。因此，例如，在稍后将描述的本发明的驱动控制系统中，共用电极2通过控制电路被接地。
为了通过控制电路将共用电极2接地，优选地是将共用电极2电连接到馈电构件8的电气配线8a。同时，如图3A至3C中所示，在本发明中所使用的压电元件20中，共用电极2在压电元件20的第二表面上提供，并且以环形形状跨驱动区域15和16以及非驱动区域17和18布置。另一方面，如图2A至2C中所示，在本发明的振动波驱动装置25中，馈电构件8在压电元件20的第一表面上提供。
接地电极5是提供成使得将在压电元件20的第一表面上提供的馈电构件8的电气配线8a电连接到在压电元件20的第二表面上提供的共用电极2的电极。
在图3A至3C中所示本发明的振动波驱动装置25的压电元件20的例子中，两个接地电极5在夹在检测相电极7与驱动相电极3和4之间的位置布置在非驱动区域17的第一表面(图3A中所示的表面)上。另外，接地电极6在夹在驱动相电极3和4之间的位置布置在非驱动区域18的第一表面(图3A中所示的表面)上。在图2A至2C中所示本发明的振动波驱动装置25中，两个接地电极5电连接到馈电构件8的电气配线8a。接地电极5布置在其中的部分可以具有或不具有伸缩极性。应当注意的是，当接地电极5布置在其中的部分具有伸缩极性时，有必要使该部分经历防止压电元件20主动伸缩的处理。
让接地电极5和6布置在其中的部分防止压电元件20主动伸缩的优选处理的例子包括，如图1A中所示，通过由导体制成的膜片9和短路配线10将共用电极2和接地电极6彼此电连接的处理，防止馈电构件8的电气配线8a和接地电极5彼此电连接的处理，以及即使在馈电构件8的电气配线8a和接地电极5彼此电连接的情况下也防止电力从驱动电路供给的处理。
在本发明的振动波马达用定子30中，共用电极2通过由导体制成的膜片9和短路配线10连接到接地电极5。接地电极5在非驱动区域17的第一表面上存在，并且因此，当驱动相电极3和4电连接到馈电构件8时，同时，接地电极5可以电连接到馈电构件8。因此，共用电极2可以容易地电连接到馈电构件8的电气配线8a，并且共用电极2可以容易地维持到接地电位。
在图1A至1C中所示本发明的振动波马达用定子30中，共用电极2通过由导体制成的膜片9和短路配线10电连接到两个接地电极5，但是共用电极2可以电连接到两个接地电极5中的一个。另外，共用电极2通过由导体制成的膜片9和短路配线10电连接到接地电极6，但是共用电极2可以不电连接到接地电极6。另外，在图3A至3C中所示本发明中所使用的压电元件20中，两个接地电极5在夹在检测相电极7与驱动相电极3和4之间的位置布置在非驱动区域17的第一表面(图3A中所示的表面)上，但接地电极5的数量可以是1或3或更多，并且接地电极5可以布置在非驱动区域17中任何位置。这对接地电极6同样成立。在这种情况下，在图1A至1C中所示本发明的振动波马达用定子30中，膜片9由导体制成，但是，当共用电极2和接地电极5彼此电连接时，膜片9可以由绝缘体制成。即，在本发明的振动波马达用定子30中，只需要共用电极2电连接到至少一个接地电极5，并且只需要这至少一个接地电极电连接到馈电构件8的电气配线8a。
在本发明的振动波驱动装置中，优选地是馈电构件是柔性印制板。
在图1A至1C中所示根据本发明一种实施例的振动波马达用定子30中，馈电构件8只在非驱动区域17的第一表面上提供。柔性印制板8(指由柔性印制板形成的馈电构件8)包括对应于电气配线8a的配线箔和对应于绝缘体8b的基膜。柔性印制板8可以利用环氧树脂粘合剂等连接，但优选地是导电各向异性导电膏(ACP)或各向异性导电膜(ACF)被热压缩粘结，从而减少电连接中的故障。
柔性印制板8具有高维度精度，并且可以利用夹具等被容易地定位。因此，当柔性印制板8被用作馈电构件8时，能够防止由于振动波马达用定子30的振动性能的波动而造成的质量下降，其中振动性能的波动是由在馈电构件8连接到压电元件20时的位置波动等造成的。
当热压缩粘结被用于柔性印制板8的连接时，优选地是选择其居里温度或去极化温度基本上等于或低于热压缩粘结温度的压电材料1。在这种压电材料中，即使当驱动相电极3和4布置在其中的非驱动区域17的部分具有伸缩极性时，也容易进行防止主动伸缩的处理。
如上所述，当压电材料在等于或高于压电材料的居里温度(Tc)或去极化温度(Td)的温度经历了热处理时，压电常数显著减小。因此，对于柔性印制板8的连接利用热压缩粘结温度，驱动相电极3和4布置在其中的非驱动区域17的部分的压电常数(压电常数的绝对值d(2))可以减小。因此，驱动区域的压电常数的绝对值d(1)与驱动相电极3和4布置在其中的非驱动区域17的部分的压电常数(压电常数的绝对值d(2))的关系可以被容易地设定为0≤d(2)<0.1d(1)。
如上所述，根据作为振动波驱动装置是最优的本发明的一种实施例，提供了振动波驱动装置，包括：环形压电元件，包括一片式压电材料和提供成夹住该一片式压电材料的多个电极，该环形压电元件被配置为由波长为λ的行进波振动；以及包括柔性印制板的馈电构件，至少包括用于向环形压电元件供给电力的电气配线，该馈电构件在环形压电元件的第一表面上提供。环形压电元件包括至少两个驱动区域，以及布置在至少两个驱动区域当中两个之间并且具有nλ/4的平均环形长度的非驱动区域，其中n是奇数。在第一表面上提供的至少一个电极跨非驱动区域和至少两个驱动区域中相应的一个布置，并且只在非驱动区域中电连接到馈电构件。另外，满足以下关系0≤d(2)<0.1d(1)，其中d(1)代表至少两个驱动区域当中每一个的压电常数的绝对值，并且d(2)代表非驱动区域的如下部分的压电常数的绝对值，该部分包括跨至少两个驱动区域中相应的一个和非驱动区域布置的至少一个电极。另外，非驱动区域包括用于检测振动波驱动装置的振动的检测区域，并且振动波驱动装置还包括布置在非驱动区域的第一表面上并且电连接到馈电构件的检测相电极和接地电极。另外，接地电极电连接到在第二表面上的共用电极。
另一方面，图5A、5B、5C和5D是示出根据本发明另一种示例性实施例的振动波马达用定子30的示意图，并且是以放大的方式示出本发明的振动波马达用定子30的非驱动区域17附近的示意图。
在本发明的振动波马达用定子30中，具有平均环形长度3λ/4的非驱动区域17可以包括如图5A中所示的多个接地电极5，或者可以包括如图5B中所示的单个接地电极5。另外，具有平均环形长度3λ/4的非驱动区域17可以包括如图5A中所示具有平均环形长度λ/4的检测相电极7，或者如图5B中所示，只要平均环形长度不是λ，平均环形长度可以不同于λ/4。另外，具有平均环形长度λ/4的非驱动区域17可以既包括检测相电极7又包括接地电极5，如图5C和5D中所示，或者电极可以分别在驱动区域15和16以及非驱动区域17中提供，于是多个电极可以分别利用连接电极19a和19b连接，由此获得驱动相电极3和4。如上所述，只要随后提供的电极具有直接在环形一片式压电材料1的至少一个表面上提供的部分，电极就可以与之前提供的电极重叠。应当注意的是，如图5C和5D中所示，当电极分别在驱动区域15和16以及非驱动区域17中提供、然后多个电极分别利用连接电极19a和19b连接、由此获得驱动相电极3和4时，优选地是驱动相电极3和4布置在其中的非驱动区域17的部分不具有伸缩极性。
作为本发明的压电材料1，可以使用例如：压电陶瓷，诸如锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡、钡钛酸钙、钛酸铋钠、钛酸铅、铌酸锂、铌酸钾钠和铁酸铋；以及包含这些陶瓷中任意一种作为主要成分的压电陶瓷。优选地是压电材料1包含由以下通式(1)表示的钙钛矿型金属氧化物作为其主要成份：
(Ba1-xCax)(Ti1-yZry)O3(其中0.02≤x≤0.30，0.020≤y≤0.095，并且y≤x)。
钙钛矿型金属氧化物指具有钙钛矿型结构的金属氧化物，这种结构理想地是立方体结构，如在(于1998年2月20日由出版社IwanamiShoten发行的)IwanamiDictionaryofPhysicsandChemistry第五版中所记载的。一般而言，具有钙钛矿型结构的金属氧化物由化学式ABO3表示。在钙钛矿型金属氧化物中，离子形式的元素A和B分别占据被称为A位和B位的特定晶胞(unitcell)位置。例如，在立方体结构晶胞的情况下，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作为氧负离子占据立方体的面心位置。
由以上提到的通式(1)表示的金属氧化物指位于A位的金属元素是Ba和Ca并且位于B位的金属元素是Ti和Zr。应当注意的是，Ba和Ca的一部分可以位于B位。类似地，Ti和Zr的一部分可以位于A位。
在通式(1)中，B位元素与元素O的摩尔比是1：3。如果金属氧化物的主相是钙钛矿结构，则即使摩尔比稍微偏离的情况(例如，1.00：2.94至1.00：3.06)也可以包括在本发明的范围之内。
从例如通过X射线衍射或电子衍射的结构分析，可以确定金属氧化物具有钙钛矿型结构。
在通式(1)中，“x”代表处于A位的Ca的摩尔比在0.02≤x≤0.30的范围内。当“x”小于0.02时，介电损耗(tanδ)增加。当介电损耗增加时，当压电元件20被供以电压以便被驱动时所生成的热量增加，并且存在驱动效率可能降低的可能性。另一方面，当“x”大于0.30时，存在压电特性可能不充分的可能性。
在通式(1)中，“y”代表处于B位的Zr的摩尔比在0.020≤y≤0.095的范围内。当“y”小于0.020时，压电特性可能不充分。另一方面，当“y”大于0.095时，居里温度(Tc)变得小于85℃，并且存在压电材料1的逆压电效果可能在高温消失的可能性。
本发明的居里温度(Tc)指压电材料1的铁电性在其消失的温度。这是由直接测量压电材料的铁电性在其消失的温度的方法以及通过使用微量交变电场测量压电材料的介电常数并根据介电常数呈现最大值的温度确定压电材料的铁电性在其消失的温度的方法指定的。另外，在本发明中，去极化温度(Td)指压电材料1的逆压电效果在其显著减小的温度。这是由首先在从极化处理终止其经过足够长时间之后在室温测量极化的压电材料的压电常数、接下来将压电材料从室温加热至某个温度(例如，Td)、然后再次在室温测量压电常数的方法指定的。在本发明中，去极化温度Td指加热后压电常数变成加热前压电常数的95％或更小的温度。
在通式(1)中，Ca的摩尔比x和Zr的摩尔比y在y≤x的范围内。当y>x时，介电损耗增加并且绝缘属性可能变得不充分。另外，当x和y的范围被同时满足时，相变温度T可以从室温附近移动到等于或低于驱动温度的温度，并且压电元件20可以在宽温度范围内被稳定地驱动。
另外，在通式(1)中，优选地是处于A位的Ba和Ca的摩尔量与处于B位的Ti和Zr的摩尔量之比A1/B1在1.00≤A1/B1≤1.01的范围内。当A1/B1小于1.00时，异常晶粒很容易生长，并且压电材料1的机械强度可能下降。另一方面，当A1/B1大于1.01时，晶粒生长所需的温度变得太高，并且在一般的焙烧炉中密度不充分增加，并且大量的孔隙和缺陷可能在压电材料1中存在。
对于测量压电材料1的成分的手段没有特定的限制。所述手段的例子包括X-射线荧光分析、ICP发射光谱化学分析以及原子吸收分析。以任何手段，压电材料1中所包含的元素的重量比和组成比都可以被计算。
优选地是压电材料1包含由通式(1)表示的钙钛矿型金属氧化物作为其主要成分，金属氧化物包含Mn，并且，相对于金属氧化物的100重量份，按金属换算，Mn的含量为0.02重量份以上至0.40重量份以下。
当金属氧化物包含落入以上提到的范围的一定量的Mn时，绝缘属性和机械品质因子Qm被增强。在这种情况下，机械品质因子Qm指当压电元件作为振动器被评估时代表由振动造成的弹性损耗的因子，并且机械品质因子的量值作为阻抗测量中共振曲线的锐度被观察。即，机械品质因子Qm是代表压电元件的共振的锐度的常数。当机械品质因子Qm高时，在共振频率附近的压电元件的应变量进一步增加，并且因此压电元件可以被有效地振动。
可以认为绝缘属性和机械品质因子的增强是从通过Mn的带缺陷偶极子的引入造成的内部电场的产生得出的，其中Mn具有与Ti和Zr不同的原子价。在内部电场存在的情况下，当压电元件20被供以电压以便被驱动时，压电元件20的可靠性可以被确保。
在这种情况下，按金属换算的代表Mn的含量的值指：通过根据由X-射线荧光分析(XRF)、ICP发射光谱化学分析、原子吸收分析等从压电材料1测出的Ba、Ca、Ti、Zr和Mn的相应金属含量，按氧化物换算构成由通式(1)表示的金属氧化物的元素，并且计算Mn重量与元素的总重量(假设为100)之比所获得的值。
当Mn的含量小于0.02重量份时，驱动压电元件20所需的极化处理的效果不充分。另一方面，Mn的含量多于0.40重量份不是优选的，因为压电特性不充分，并且对压电特性不起作用的具有六边形结构的晶体出现。
Mn不限于金属Mn并且只需要作为Mn成分包含在压电材料中，并且Mn的包含形式没有特定的限制。例如，Mn可以溶解在B位中或者可以包含在晶粒边界中。作为替代，Mn成分可以以金属、离子、氧化物、金属盐、配合物等形式包含在压电材料1中。从绝缘属性和烧结能力的角度看，更优选的包含形式是Mn成分在B位固溶。在Mn成分溶解在B位的情况下，A2/B2的优选范围是0.993≤A2/B2≤0.998，其中A2/B2是处于A位的Ba和Ca的摩尔量与处于B位的Ti、Zr和Mn的摩尔量之比。
压电材料1可以包含在不改变压电材料1的特性的范围内的、除由通式(1)表示的金属氧化物以及Mn之外的成分(下文中被称为“辅助成分”)。优选地是辅助成分的总量关于由通式(1)表示的金属氧化物的100重量份小于1.2重量份。当辅助成分的量超过1.2重量份时，存在压电材料1的压电特性和绝缘属性可能降低的可能性。另外，优选地是，在辅助成分中，除Ba、Ca、Ti、Zr和Mn之外的金属元素的含量相对于压电材料1按氧化物换算是1.0重量份或更小或者按金属换算是0.9重量份或更小。本发明的金属元素包括诸如Si、Ge和Sb的准金属元素。在辅助成分中，当除Ba、Ca、Ti、Zr和Mn之外的金属元素的含量相对于压电材料1按氧化物换算超过1.0重量份或者按金属换算超过0.9重量份时，存在压电材料1的压电特性和绝缘属性可能显著降低的可能性。优选地是，在辅助成分中，Li、Na、Mg和Al元素的总量相对于压电材料1按金属换算是0.5重量份或更小。在辅助成分中，当Li、Na、Mg和Al元素的总量相对于压电材料1按金属换算超过0.5重量份时，存在烧结可能不充分的可能性。优选地是，在辅助成分中，Y和V元素的总量相对于压电材料1按金属换算是0.2重量份或更小。在辅助成分中，当Y和V元素的总量相对于压电材料1按金属换算超过0.2重量份时，存在极化处理可能困难的可能性。
辅助成分的例子包括诸如Si和Cu的烧结助剂。另外，作为不可避免的成分包含在Ba和Ca市售材料中的Sr和Mg可以包含在本发明的压电材料中。类似地，作为不可避免的成分包含在Ti市售材料中的Nb和作为不可避免的成分包含在Zr市售材料中的Hf可以包含在本发明的压电材料1中。
对于测量辅助成分的重量份的手段没有特定的限制。所述手段的例子包括X-射线荧光分析(XRF)、ICP发射光谱化学分析和原子吸收分析。
接下来，描述本发明的振动波马达。本发明的振动波马达具有至少包括振动波马达用定子和与膜片的振动表面接触提供的转子的特征。
图6A和6B是示出根据本发明一种实施例的振动波马达的配置的示意图。图6A是振动波马达的示意性平面图，并且图6B是沿图6A的线C-C取得的振动波马达的截面图。
在这种实施例的振动波马达40中，如图6B中所示，作为转子的转子11在振动波马达用定子30的膜片9的表面上提供。例如，使得由环形弹性构件形成的转子11与膜片9的表面压力接触。当行进波在振动波马达用定子30中被激励出来时，在与压电元件20相对一侧的膜片9的表面上的每个点执行一种椭圆运动。因此，转子11在圆周方向上从膜片9接收摩擦力，以便被旋转驱动。旋转方向可以通过切换要施加到驱动相电极3和4的交变电压的相位差的正或负号来逆转。
在这种实施例的振动波马达40中，驱动相电极3和4不仅跨驱动区域15和16并且跨非驱动区域17布置。因此，不需要将馈电构件8电连接或物理粘结到驱动区域15和16。即，在驱动区域15和16中，压电元件20的主动伸缩不被馈电构件8限制。因此，防止了由于馈电构件8造成的振动波马达40的旋转性能的降低。另外，防止了由在馈电构件8连接到压电元件20时的位置波动造成的振动波马达40的旋转性能的波动以及由于旋转方向的波动造成的质量降低。另外，与相关领域的振动波驱动装置中的馈电构件相比，馈电构件8的尺寸减小，并且因此馈电构件8的成本可以降低。
接下来，描述本发明的驱动控制系统。本发明的驱动控制系统具有至少包括本发明的振动波马达和电连接到馈电构件的驱动电路的特征。
图7是示出根据本发明一种实施例的驱动控制系统的电路的示意图，并且是本发明的驱动控制系统的简单控制电路图。
图7中所示振动波马达40的配线A通过馈电构件8的电气配线8a电连接到本发明的振动波马达40的驱动相电极3。类似地，分别通过馈电构件8的电气配线8a，配线B电连接到驱动相电极4，配线S电连接到检测相电极7，并且配线G电连接到接地电极5。应当注意的是，配线G接地。
在图7中，从CPU输出的电信号被输入到驱动电路，并且驱动电路分别通过配线A和配线B向驱动相电极3和驱动相电极4施加交变电压，每个交变电压都具有作为振动波马达用定子30的第七阶固有频率的频率，从而使得其间的时间相位差变成π/2。即，其相位偏移π/2的电力输入到驱动区域15和16当中每一个，由此在振动波马达用定子30中激励出行进波。此时，通过配线B输入到驱动相电极4的交变电压也同时经由降压电路输入到相位检测电路。另一方面，从检测相电极7输出到配线S的、与检测区域的振动相符的交变电压也经由降压电路输入到相位检测电路。输入到相位检测电路的那两个交变电压由相位检测电路中的相位比较器处理，并且对应于这两个交变电压之间的相位差的电信号被输出到CPU。本发明的相位比较器是被配置为比较两个交变电压的相位并且作为电信号输出对应于其间相位差的相位信息的电路。
另外，在振动波马达40被振动波马达用定子30中激励出的行进波旋转的同时，从用于光学测量振动波马达40的转数的编码器输出的电信号被输出到CPU。基于预设的逻辑，CPU计算来自相位检测电路和编码器的电信号以及驱动命令信号(未示出)，并且再次向驱动电路输出必要的电信号。本发明的驱动控制系统可以执行这种反馈控制，并且可以由CPU顺序地确定要输出到驱动电路的电信号，由此控制振动波马达40的旋转速度和旋转方向。
接下来，描述本发明的光学设备。本发明的光学设备具有在驱动部分中包括本发明的驱动控制系统的特征。
图8A和8B是作为本发明的成像装置的示例性实施例的单镜头反光式相机的可互换透镜镜筒的主要截面视图，其中可互换透镜镜筒充当根据本发明一种实施例的光学设备。另外，图9是作为本发明的成像装置的示例性实施例的单镜头反光式相机的可互换透镜镜筒的分解透视图，其中可互换透镜镜筒充当根据本发明一种实施例的光学设备。固定镜筒712、线性导向筒713和前透镜组镜筒714被固定到可安装到相机并可从其除去的底座711。这些构件是可互换透镜镜筒的固定构件。
在光轴方向延伸的线性导向槽713a在线性导向筒713中形成，以便引导对焦透镜702。在外部径向方向突出的凸轮滚柱717a和717b利用轴螺丝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可旋转地适合放到线性导向筒713的内圆周中。因为固定到凸轮环715的滚柱719适合放到线性导向筒713的环形槽713b中，所以在光轴方向线性导向筒713和凸轮环715之间的相对运动被限制。用于对焦透镜702的凸轮槽715a在凸轮环715中形成。同时，凸轮滚柱717b也适合放在凸轮槽715a中。
旋转传输环720布置在固定镜筒712的外周侧上。旋转传输环720被滚珠座圈727保持，从而使得能够相对于固定镜筒712在某个位置旋转。通过以径向方式从旋转传输环720延伸的轴720f，辊722关于旋转传输环720被可旋转保持，并且辊722的较大直径部分722a与手动对焦环724的底座侧端面724b保持接触。另外，辊722的较小直径部分722b与接合构件729保持接触。六个等距隔开的辊722布置在旋转传输环720的外周上并且每个辊都被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的内直径部分上。低摩擦片733插在固定镜筒712的底座侧端面712a与手动对焦环724的前侧端面724a之间。另外，低摩擦片733的外直径表面是环形的并且适合手动对焦环724的内直径部分724c。另外，手动对焦环724的内直径部分724c适合固定镜筒712的外直径部分712b。低摩擦片733具有减小旋转环机制中的摩擦的功能，其中手动对焦环724相对于固定镜筒712关于光轴被旋转。
应当注意的是，在被朝透镜的前侧压振动波马达725的波形垫圈726挤压的压力之下，辊722的较大直径部分722a与手动对焦环724的底座侧端面724b彼此接触。类似地，在适当程度的压力之下，来自朝透镜的前侧压振动波马达725的波形垫圈726的力使得辊722的较小直径部分722b与接合构件729彼此接触。波形垫圈726被垫圈732禁止在底座方向移动，该垫圈732卡口耦合到固定镜筒712。由波形垫圈726产生的弹簧力(推动力)被传送到振动波马达725并且进一步传送到辊722并且充当手动对焦环724压固定镜筒712的底座侧端面712a的推力。即，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。
因此，当振动波马达725被图7所示的控制CPU关于固定镜筒712旋转驱动时，辊722关于轴720f的中心旋转，因为接合构件729与辊722的较小直径部分722b摩擦接触。当辊722关于轴720f旋转时，其结果是旋转传输环720关于光轴旋转(自动对焦操作)。
另外，当关于光轴的旋转力从手动操作输入单元(未示出)施加到手动对焦环724时，辊722由于摩擦力而关于轴720f旋转，因为手动对焦环724的底座侧端面724b与辊722的较大直径部分722a压力接触。当辊722的较大直径部分722a关于轴720f旋转时，旋转传输环720关于光轴旋转。此时，由于转子725c和膜片725b的摩擦保持力，防止振动波马达725旋转(手动对焦操作)。
两个对焦键728在彼此相对的位置安装到旋转传输环720，并且每个都适合凹口715b，凹口715b在凸轮环715的前沿提供。因此，当执行自动对焦操作或手动对焦操作并且旋转传输环720关于光轴旋转时，旋转力经由对焦键728被传送到凸轮环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通过凸轮滚柱717b沿着凸轮环715的凸轮槽715a前进或后退，后透镜组镜筒716被禁止旋转。因此，对焦透镜702被驱动，并且执行对焦操作。
虽然单镜头反光式相机的可互换透镜镜筒已经作为根据本发明的光学装置的例子进行了描述，但是本发明适用于包括设有振动波马达的驱动单元的光学装置或者不论相机的类型如何都包括驱动控制系统的光学装置，诸如袖珍相机和电子静态相机。
接下来，描述振动波马达用定子的制造方法。
本发明的振动波驱动装置的制造方法具有包括以下的特征：步骤(A)，在每个驱动区域中的第一表面上提供极化电极，在非驱动区域中的第一表面上提供驱动相电力供给电极，并且在第二表面上提供共用电极；步骤(B)，向极化电极施加电压，以便使压电材料经历极化处理；步骤(C)，跨极化电极和驱动相电力供给电极提供连接电极；及步骤(D)，只在非驱动区域中将驱动相电力供给电极和馈电构件彼此电连接。
首先，描述用于在本发明中使用的压电元件的压电材料的制造方法。
为了将原材料粉末调整为具有期望的成分，根据需要添加分散剂、粘合剂、增塑剂等等并且添加水或有机溶剂，然后混合。将所得混合物在形成高密度烧结体所需的压力下挤压以产生成形体。当必要的压力不能仅通过单单挤压获得时，冷等静压(CIP)可以被执行，以施加期望的压力。另外，不采用加压，CIP等可以从一开始就采用，以产生成形体锭。另外，浆料可以通过刮刀法、模涂法(diecoatingmethod)等等以预定的厚度涂覆在载体上，并且可以被干燥，以产生生片成形体。
接下来，成形体被烧制，以产生烧结陶瓷形式的压电材料。烧制条件可以基于期望的压电材料适当地进行选择。优选地是密度尽可能高以及进行获得均匀尺寸的晶粒生长。应当注意的是，如果需要，则成形体可以在烧制之前被处理成期望的形状。
图10A、10B、10C、10D和10E是示出本发明的振动波马达用定子的制造方法的例子的示意性过程图。
图10A是从其一个表面看时经过处理的压电材料的示意性平面图。图10B是在极化电极、驱动相电力供给电极、接地电极和检测相电极在压电材料的一个表面上产生之后所获得的压电元件的示意性平面图。图10C是在驱动相电极产生之后所获得的压电元件的示意性平面图。图10D是在馈电构件连接之后所获得的压电元件的示意性平面图。图10E是振动波马达用定子的示意性平面图。
现在，描述振动波驱动装置的制造方法。
首先，执行在每个驱动区域中的第一表面上提供极化电极、在非驱动区域中的第一表面上提供驱动相电力供给电极并且在第二表面上提供共用电极的步骤(A)。
如上所述产生的烧结陶瓷压电材料1被研磨成期望的维度，以产生如图10A中所示的环形一片式压电材料1。然后，如图10B中所示，通过烧制或干燥对应于导电膏的银膏、Au溅射、Au镀等等，极化电极33和驱动相电力供给电极34在压电材料1的一个表面上形成并且共用电极2在压电材料1的整个相对的表面之上形成，从而获得压电元件20。
此时，从激励振动的效率的角度看，每个极化电极33优选地形成为尽可能与压电材料的表面一样宽。应当注意的是，电极之间的距离优选地在可以防止极化期间电极之间放电的范围内尽可能小。电极的厚度优选地尽可能薄，使得电极的电阻值小于1Ω。
接下来，执行向极化电极施加电压以便使压电材料经历极化处理的步骤(B)。极化处理被执行，使得压电元件20获得图4A中所示的伸缩极性。当极化处理通过对于每个相邻的电极在逆转的电场方向施加某个电场而执行时，关于相同方向的电场的伸缩极性每λ/2节距交替地逆转。极化处理温度优选地等于或小于居里温度Tc或去极化温度Td。应当注意的是，即使当极化处理温度等于或高于居里温度Tc或去极化温度Td时，施加电场一直到温度充分低于居里温度Tc或去极化温度Td为止也足够了。处理时间优选地是从5分钟到10小时。处理气氛(atmosphere)优选地是空气或不可燃的油，诸如硅油。从0.5kV/mm至5.0kV/mm的电场作为处理电压被施加。
作为根据本发明一种示例性实施例的制造方法，优选地是，如图4B中所示，非驱动区域17和18也经历了极化处理，从而部分地具有伸缩极性。但是，整个非驱动区域17和18可以不经历极化处理，相反，驱动相电力供给电极34可以经历极化处理。另外，优选地是，极化处理在膜片9的粘结之前被执行，但是极化处理可以在粘结之后被执行。
接下来，执行跨极化电极和驱动相电力供给电极提供连接电极的步骤(C)。
关于经历了了极化处理的压电元件20，如图10C中所示，连接电极19a和19b通过烧制或干燥对应于导电膏的银膏、Au溅射、Au镀等来提供。极化电极33和驱动相电力供给电极34彼此连接，以产生驱动相电极3和4。连接电极19a和19b优选地由与极化电极33和驱动相电力供给电极34相同的材料制成，但是可以与其不同。另外，在使用相同材料时，产生方法可以不同，使得极化电极33和驱动相电力供给电极34通过烧制银膏产生，而连接电极通过干燥银膏产生。连接电极19a和19b每个都可以是如图10C中所示的单个电极，或者每个都可以是分别将相邻的极化电极33彼此连接或将相邻的极化电极33和驱动相电力供给电极34彼此连接的多个电极。连接电极19a和19b的厚度优选地尽可能薄，使得电极的电阻值小于1Ω。另外，提供连接电极19a和19b并且将极化电极33和驱动相电力供给电极34彼此连接以便由此产生驱动相电极3和4的步骤可以在膜片9的粘结之前或之后执行。
接下来，执行只在非驱动区域中将驱动相电力供给电极和馈电构件彼此电连接的步骤(D)。
如图10D中所示，馈电构件8连接到压电元件20。作为馈电构件8，优选地是使用具有高维度精度并且可以利用夹具等容易地定位的柔性印制板8。柔性印制板8可以利用环氧树脂粘合剂等连接，但是优选地是导电各向异性导电膏(ACP)或各向异性导电膜(ACF)被热压缩粘结，从而减少电连接和大规模生产方面中的故障。另外，连接馈电构件8的步骤可以在膜片9的粘结之前或之后执行。
同时，检测区域需要伸缩极性，但是，当热压缩粘结在等于或高于压电材料的居里温度(Tc)或去极化温度(Td)的温度被执行时，检测区域的压电常数显著减小。但是，从检测相电极7输出的交变电压不是必须大。当从检测相电极7输出的交变电压小时，图7中所示的降压电路(图7中连接到配线S的降压电路)可以更简单，或者降压电路可以被省略。但是，至少需要等于或大于使图7中的相位比较器能够检测信号的范围的压电常数。
同时，即使检测区域的压电常数的绝对值为0，检测区域也可以经历重新极化处理，以便使检测区域具有伸缩极性。重新极化处理的条件可以是电场、温度和时间都比极化条件小。只需要伸缩极性在检测区域的压电材料1中产生并且信号可以被图7中的相位比较器检测。在通过热压缩粘结连接馈电构件之后执行重新极化处理的步骤可以在膜片9的粘结之前或之后执行。
接下来，描述振动波马达用定子的制造方法。
在膜片9被粘结到如上所述产生的振动波驱动装置25之后，如图10E中所示，接地电极5和6以及膜片9被短路配线10电短路。作为短路配线10，对应于导电膏的干燥银膏可以被使用。干燥温度优选地低于压电材料1的居里温度Tc或去极化温度Td。当干燥温度等于或高于压电材料1的Tc和Td时，存在驱动区域的压电常数的绝对值d(1)可能减小的可能性。
通过如上所述的制造步骤序列，获得本发明的振动波马达用定子30。接下来，作为转子11，具有与振动波马达用定子30的内直径和外直径相似的内直径和外直径的环形弹性材料与振动波马达用定子30压力接触，由此获得振动波马达40。最后，包括相位比较器的驱动控制电路连接到馈电构件8，由此产生用于振动波马达的驱动控制系统。
制造本发明的振动波驱动装置、振动波马达用定子、振动波马达和驱动控制系统当中每一个的示例性方法已经在上面进行了描述，但是，只要体现光学设备，本发明的振动波驱动装置、振动波马达用定子、振动波马达和驱动控制系统当中每一个可以由与以上所述不同的方法制造。例如，驱动相电力供给电极34可以事先经历极化处理，并且驱动相电极3和4布置在其中的压电元件20的非驱动区域17的部分的压电常数(压电常数的绝对值d(2))可以通过用于柔性印制板8的连接的热压缩粘结温度被减小。另外，如果不形成驱动相电力供给电极34，则当连接极化电极33时，连接电极19a和19b可以延伸直至非驱动区域17，以产生驱动相电极3和4。
例子
接下来，通过例子具体地描述本发明的振动波马达和振动波马达控制系统，但本发明不限于以下的例子。应当注意的是，例子是利用附图中的标号参照附图来描述的。
(例子1)
作为压电材料1，市售的锆钛酸铅(PZT)被用来产生图10A中所示的环形压电材料1。锆钛酸铅(PZT)的居里温度是310℃。
接下来，通过银膏的丝网印刷，共用电极2如图3C中所示在环形压电材料1的一个表面上形成，而极化电极33、驱动相电力供给电极34、接地电极5和6以及检测相电极7如图10B所示在环形压电材料1的另一个表面上形成。此时，图10B中所示的相邻电极的电极间距离被设定为0.5mm。
接下来，在共用电极2和极化电极33、接地电极5和6以及检测相电极7之间，利用DC电源在空气中执行极化处理，使得压电元件的伸缩极性变得如图4B中所示。电压的量值被设定为使得施加0.6kV/mm的电场，并且温度和电压施加时段分别被设定为220℃和30分钟。
接下来，如图10C中所示，为了将极化电极33和驱动相电力供给电极34彼此连接，连接电极19a和19b由银膏形成，以获得压电元件20。银膏在比压电材料1的居里温度充分低的温度被干燥。然后，驱动相电极3的电阻值通过万用表(电测试仪)进行测量。测试仪的一端与驱动相电力供给电极34接触，并且其另一端与驱动相电极3的如下极化电极33接触，该极化电极33在环形圆周方向上最远离驱动相电力供给电极34。其结果是，电极的电阻值为0.6Ω。
接下来，如图10D中所示，柔性印制板8在180℃下利用各向异性导电膜(ACF)被热压缩粘结到压电元件20，由此产生振动波驱动装置25。柔性印制板8热压缩粘结到的区域以及柔性印制板8在其中物理粘结到压电元件20的区域在非驱动区域17的范围内。另外，柔性印制板8中的电气配线8a在其中电连接到驱动相电极3和4、两个接地电极5以及检测相电极7的区域也在非驱动区域17的范围内。
接下来，如图10E中所示，振动波驱动装置25被热压缩粘结到由SUS制成的膜片9，并且膜片9以及所有接地电极5和6都利用由银膏制成的短路配线10连接，由此产生振动波马达用定子30。膜片的热压缩粘结和银膏的干燥是在充分低于压电材料1的居里温度的温度执行的。
转子11与如上所述产生的振动波马达用定子30压力接触，由此产生例子1的振动波马达40。另外，柔性印制板8被连接到驱动控制电路，由此产生例子1的振动波马达控制系统。
(例子2)
类似于例子1，作为压电材料1，锆钛酸铅(PZT)被用来产生环形压电材料1。
接下来，通过银膏的丝网印刷，共用电极2在环形压电材料1的一个表面上形成，而极化电极33、接地电极5和6以及检测相电极7在环形压电材料1的另一个表面上形成。在例子1中提供的驱动相电力供给电极34没有提供。
接下来，类似于例子1，在共用电极2和极化电极33、接地电极5和6以及检测相电极7之间，利用DC电源在空气中执行极化处理，使得压电元件的伸缩极性变得如图4B中所示。
接下来，为了连接极化电极33，连接电极19a和19b由银膏形成，以获得压电元件20。用于连接极化电极33的连接电极19a和19b被提供成使得延伸直到非驱动区域17，使得到接地电极5的距离为大约1.0mm，并且与极化电极33组合，以获得驱动相电极3和4。然后，驱动相电极3的电阻值通过万用表(电测试仪)进行测量。测试仪的一端与非驱动区域17中连接电极19a的区域接触，并且其另一端与驱动相电极3的如下极化电极33接触，该极化电极33在环形圆周方向上最远离非驱动区域17中的连接电极19a的区域。其结果是，电极的电阻值为0.5Ω。
接下来，类似于例子1，柔性印制板8被热压缩粘结到压电元件20，由此产生振动波驱动装置25。热压缩粘结是利用各向异性导电膏(ACP)在160℃执行的。柔性印制板8热压缩粘结到的区域以及柔性印制板8在其中物理粘结到压电元件20的区域在非驱动区域17的范围内。另外，柔性印制板8中的电气配线8a在其中电连接到驱动相电极3和4、两个接地电极5以及检测相电极7的区域也在非驱动区域17的范围内。
接下来，类似于例子1，振动波驱动装置25被热压缩粘结到由SUS制成的膜片9，并且膜片9以及所有接地电极5和6都利用由银膏制成的短路配线10连接，由此产生振动波马达用定子30。膜片的热压缩粘结和银膏的干燥是在充分低于压电材料1的居里温度的温度执行的。
转子11与如上所述产生的振动波马达用定子30压力接触，由此产生例子2的振动波马达40。另外，柔性印制板8被连接到驱动控制电路，由此产生例子2的振动波马达控制系统。
(例子3)
作为压电材料1，以下材料被用来产生环形压电材料1。
首先，作为原材料，平均颗粒直径为100nm的钛酸钡(由SAKAICHEMICALINDUSTRYCO.,LTD.制造：BT-01(商品名))、平均颗粒直径为300nm的钛酸钙(由SAKAICHEMICALINDUSTRYCO.,LTD.制造：CT-03(商品名))以及平均颗粒直径为300nm的锆酸钙(由SAKAICHEMICALINDUSTRYCO.,LTD.制造：CZ-03(商品名))以81.3：12.7：6.0的摩尔比被称量。
接下来，利用球磨机，这些称重后的粉末通过24小时的干混被混合到一起。为了使所获得的混合粉末成为颗粒，利用喷雾干燥设备使得相对于混合粉末的按锰金属换算的0.26重量份的锰(II)醋酸盐和相对于混合粉末的3重量份的PVA粘合剂附着到混合后的粉末的表面。
接下来，所获得的成为颗粒的粉末被填充在模具中，并且利用压力机在200MPa的成型压力下进行挤压，以产生盘形的成形体。这种成形体可以进一步利用冷等静压机被加压。
所获得的成形体被放入电炉并在1380℃的最高温度保持5小时。这样，成形体总共在大气中烧结24小时。
接下来，烧结的压电材料1被研磨成环形。通过银膏的丝网印刷，共用电极2如图3C中所示在所获得的环形压电材料1的一个表面上形成，而极化电极33、驱动相电力供给电极34、接地电极5和6以及检测相电极7如图10B中所示在其另一个表面上形成。此时，图10B中所示的相邻电极的电极间距离被设定为0.5mm。
接下来，在共用电极2和偏振电极33、接地电极5和6以及检测相电极7之间，利用DC电源在空气中执行极化处理，使得压电元件的伸缩极性变得如图4B中所示。电压的量值被设定为使得施加1.0kV/mm的电场，并且温度和电压施加时段分别被设定为100℃和180分钟。另外，电压一直被施加到温度降低至50℃。
接下来，如图10C中所示，为了将极化电极33和驱动相电力供给电极34彼此连接，连接电极19a和19b由银膏形成，以获得压电元件20。银膏在比压电材料1的居里温度充分低的温度被干燥。然后，驱动相电极3的电阻值通过万用表(电测试仪)进行测量。测试仪的一端与驱动相电力供给电极34接触，并且其另一端与驱动相电极3的如下极化电极33接触，该极化电极33在环形圆周方向上最远离驱动相电力供给电极34。其结果是，电极的电阻值为0.6Ω。
接下来，如图10D中所示，柔性印制板8在180℃下利用各向异性导电膜(ACF)被热压缩粘结到压电元件20，由此产生振动波驱动装置25。柔性印制板8热压缩粘结到的区域以及柔性印制板8在其中物理粘结到压电元件20的区域在非驱动区域17的范围内。另外，柔性印制板8中的电气配线8a在其中电连接到驱动相电极3和4、两个接地电极5以及检测相电极7的区域也在非驱动区域17的范围内。
接下来，通过柔性印制板8的电气配线8a(图10D中示出的电气配线8a的五根配线的中心配线)，仅检测相电极7经历重新极化处理。用于重新极化处理的电压的量值被设定为使得施加0.5kV/mm的电场，并且温度和电压施加时段分别设定为室温和10分钟。电压被施加，使得伸缩极性变成“-”。
接下来，如图10E中所示，振动波驱动装置25被热压缩粘结到由SUS制成的膜片9，并且膜片9以及所有接地电极5和6都利用由银膏制成的短路配线10连接，由此产生振动波马达用定子30。膜片的热压缩粘结和银膏的干燥是在充分低于压电材料1的居里温度的温度执行的。
转子11与如上所述产生的振动波马达用定子30压力接触，由此产生例子3的振动波马达40。另外，柔性印制板8被连接到驱动控制电路，由此产生例子3的振动波马达控制系统。
(例子4)
例子4的振动波马达40是通过类似于例子3的方法产生的，不同的是柔性印制板8利用各向异性导电膏(ACP)被热压缩粘结到压电元件20，使得检测区域的温度不增加至等于或大于105℃，并且不执行重新极化处理。另外，柔性印制板8被连接到驱动控制电路，由此产生例子4的振动波马达控制系统。
(例子5)
压电材料1从混合的原材料K2CO3、Na2CO3、Nb2O5和Ta2O5形成，使得获得具有期望的组成比的钙钛矿型烧结成形体(K,Na)(Nb,Ta)O3。其它步骤类似于例子3的步骤。利用这种方法，制造出例子5的振动波马达，并且进一步柔性印制板8被连接到驱动控制电路，以产生例子5的振动波马达控制系统。应当注意的是，烧制条件被设定为在空气气氛中在1300℃3小时。极化处理在空气中执行。电压的量值被设定为使得施加4.0kV/mm的电场，并且温度和电压施加时段分别设定为150℃和300分钟。用于重新极化处理的电压的量值被设定为使得施加0.5kV/mm的电场，并且温度和电压施加时段分别设定为60℃和10分钟。电压被施加，使得伸缩极性变成“-”。
(例子6)
作为压电材料1，产生类似于例子3的环形压电材料1。
接下来，通过银膏的丝网印刷，共用电极2如图3C中所示在环形压电材料1的一个表面上形成，而极化电极33、驱动相电力供给电极34、接地电极5和6以及检测相电极7如图10B中所示在其另一个表面上形成。此时，图10B中所示的相邻电极的电极间距离被设定为0.5mm。
接下来，在共用电极2和偏振电极33、接地电极5和6以及检测相电极7之间，利用DC电源在空气中执行极化处理，使得压电元件的伸缩极性变得如图4B中所示。此时，共用电极2和驱动相电力供给电极34之间的部分同时被极化。类似于接地电极5，伸缩极性被设定为“+”。电压的量值被设定为使得施加1.0kV/mm的电场，并且温度和电压施加时段分别被设定为100℃和180分钟。另外，电压一直被施加到温度降低至50℃。
接下来，如图10C中所示，为了将极化电极33和驱动相电力供给电极34彼此连接，连接电极19a和19b由银膏形成，以获得压电元件20。银膏在比压电材料1的居里温度充分低的温度被干燥。然后，驱动相电极3的电阻值通过万用表(电测试仪)进行测量。测试仪的一端与驱动相电力供给电极34接触，并且其另一端与驱动相电极3的如下极化电极33接触，该极化电极33在环形圆周方向上最远离驱动相电力供给电极34。其结果是，电极的电阻值为0.6Ω。
接下来，如图10D中所示，柔性印制板8利用各向异性导电膏(ACP)被热压缩粘结到压电元件20，使得非驱动区域的温度不增加至等于或大于105℃，由此产生振动波驱动装置25。柔性印制板8热压缩粘结到的区域以及柔性印制板8在其中物理粘结到压电元件20的区域在非驱动区域17的范围内。另外，柔性印制板8中的电气配线8a在其中电连接到驱动相电极3和4、两个接地电极5以及检测相电极7的区域也在非驱动区域17的范围内。
接下来，如图10E中所示，振动波驱动装置25被热压缩粘结到由SUS制成的膜片9，并且膜片9以及所有接地电极5和6都利用由银膏制成的短路配线10连接，由此产生振动波马达用定子30。膜片的热压缩粘结和银膏的干燥是在充分低于压电材料1的居里温度的温度执行的。
转子11与如上所述产生的振动波马达用定子30压力接触，由此产生例子6的振动波马达40。另外，柔性印制板8被连接到驱动控制电路，由此产生例子6的振动波马达控制系统。
(比较例1)
图11A、11B、11C、11D和11E是示出根据比较例1的振动波马达用定子的制造方法的例子的示意性过程图。
图11A是从其一个表面看的经过处理的压电材料的示意性平面图。图11B是在极化电极、接地电极和检测相电极在压电材料的一个表面上产生之后所获得的压电元件的示意性平面图。图11C是在驱动相电极产生之后的压电元件的示意性平面图。图11D是在馈电构件连接之后的振动波驱动装置的示意性平面图。图11E是振动波马达用定子的示意性平面图。
作为压电材料1，类似于例子1，市售的锆钛酸铅(PZT)被用来产生图10A中所示的环形压电材料1。锆钛酸铅(PZT)的居里温度是310℃。
接下来，通过银膏的丝网印刷，共用电极2如图3C中所示在环形压电材料1的一个表面上形成，而极化电极33、接地电极5和6以及检测相电极7如图11B所示在环形压电材料1的另一个表面上形成。此时，图11B中所示的相邻电极的电极间距离被设定为0.5mm。
接下来，在共用电极2和极化电极33、接地电极5和6以及检测相电极7之间，利用DC电源在空气中执行极化处理，使得压电元件的伸缩极性变得如图4B中所示。电压的量值被设定为使得施加0.6kV/mm的电场，并且温度和电压施加时段分别被设定为220℃和30分钟。
接下来，如图11C中所示，为了将极化电极33彼此连接，连接电极19a和19b由银膏形成，以获得压电元件20。银膏在比压电材料1的居里温度充分低的温度被干燥。
接下来，如图11D中所示，柔性印制板8在180℃下利用各向异性导电膜(ACF)被热压缩粘结到压电元件20，由此产生振动波驱动装置25。柔性印制板8热压缩粘结到的区域以及柔性印制板8在其中物理粘结到压电元件20的区域在非驱动区域17以及驱动区域15和16的部分的范围内，并且平均环形长度是λ/8。另外，柔性印制板8中的电气配线8a在其中电连接到驱动相电极3和4、两个接地电极5以及检测相电极7的区域也在非驱动区域17以及驱动区域15和16的部分的范围内。
接下来，如图11E中所示，振动波驱动装置25被热压缩粘结到由SUS制成的膜片9，并且膜片9以及所有接地电极5和6都利用由银膏制成的短路配线10连接，由此产生振动波马达用定子30。膜片的热压缩粘结和银膏的干燥是在充分低于压电材料1的居里温度的温度执行的。
转子11与如上所述产生的振动波马达用定子30压力接触，由此产生比较例1的振动波马达40。另外，柔性印制板8被连接到驱动控制电路，由此产生比较例1的振动波马达控制系统。
(比较例2)
作为压电材料1，类似于例子1，锆钛酸铅(PZT)被用来产生环形压电材料1。
接下来，通过银膏的丝网印刷，共用电极2如图3C中所示在环形压电材料1的一个表面上形成，而极化电极33、驱动相电力供给电极34、接地电极5和6以及检测相电极7如图10B所示在环形压电材料1的另一个表面上形成。此时，图10B中所示的相邻电极的电极间距离被设定为0.5mm。
接下来，在共用电极2和极化电极33、接地电极5和6以及检测相电极7之间，利用DC电源在空气中执行极化处理，使得压电元件的伸缩极性变得如图4B中所示。此时，共用电极2和驱动相电力供给电极34之间的部分同时被极化。类似于接地电极5，伸缩的极性被设定为“+”。电压的量值被设定为使得施加0.6kV/mm的电场，并且温度和电压施加时段分别被设定为220℃和30分钟。
接下来，如图10C中所示，为了将极化电极33和驱动相电力供给电极34彼此连接，连接电极19a和19b由银膏形成，以获得压电元件20。银膏在比压电材料1的居里温度充分低的温度被干燥。然后，驱动相电极3的电阻值通过万用表(电测试仪)进行测量。测试仪的一端与驱动相电力供给电极34接触，并且其另一端与驱动相电极3的如下极化电极33接触，该极化电极33在环形圆周方向上最远离驱动相电力供给电极34。其结果是，电极的电阻值为0.6Ω。
接下来，如图10D中所示，柔性印制板8在180℃下利用各向异性导电膜(ACF)被热压缩粘结到压电元件20，由此产生振动波驱动装置25。柔性印制板8热压缩粘结到的区域以及柔性印制板8在其中物理粘结到压电元件20的区域都在非驱动区域17的范围内。另外，柔性印制板8中的电气配线8a在其中电连接到驱动相电极3和4、两个接地电极5以及检测相电极7的区域也在非驱动区域17的范围内。
接下来，如图10E中所示，振动波驱动装置25被热压缩粘结到由SUS制成的膜片9，并且膜片9以及所有接地电极5和6都利用由银膏制成的短路配线10连接，由此产生振动波马达用定子30。膜片的热压缩粘结和银膏的干燥是在充分低于压电材料1的居里温度的温度执行的。
转子11与如上所述产生的振动波马达用定子30压力接触，由此产生比较例2的振动波马达40。另外，柔性印制板8被连接到驱动控制电路，由此产生比较例2的振动波马达控制系统。
利用如上所述产生的例子和比较例当中每一个的振动波马达控制系统，当交变电压的频率被扫描(swept)时振动波马达的右和左转的最大次数在以下条件下被评估。转子的负载是150g·cm，并且60V的交变电压被输入。下面的表1示出了例子和比较例的结果。
另外，例子和比较例中的一个环形压电元件20被用作参考，并且其纵横比对应于λ/4的长度和极化电极宽度的宽度的立方体从位于中心部分附近的极化电极33布置在其中的驱动区域15的部分中被切割。当增加恒温室中的温度时，立方体压电材料的介电常数的变化被测量，由此测量介电常数为最大的温度Tc。另外，类似地被切割的另一立方体压电材料在热板上被保持加热10分钟。这样获得的压电元件在室温下通过使用Berlincourt法由压电常数测量装置d33仪(ALPHA公司)测量其d33常数。在以5℃顺序地增加加热维持温度时，这种评估被重复，并且评估压电常数变成初始状态的95％或更小的去极化温度Td。下面的表1示出了例子和比较例的结果。
另外，例子1至6和比较例2当中每一个的振动波马达用定子30在超声波浴中在丙酮中浸渍一天一夜，并且因此环形压电元件20从由SUS制成的膜片9和柔性印制板8被除去。接下来，从位于中心部分附近的极化电极33布置在其中的驱动相电极3的部分中切割立方体，并且该立方体被用作用于评估压电常数的绝对值d(1)的压电元件。类似地，驱动相电极3布置在其中的非驱动区域17的整个部分被切割，以用作用于评估压电常数的绝对值d(2)的压电元件。在例子1、3、4、5和6以及比较例2当中每一个的压电元件20中，被切割的部分对应于驱动相电力供给电极34的位置。在例子2的压电元件20中，被切割的部分对应于其中缺少极化电极33并且与接地电极5相邻的驱动相电极的部分。为了比较，其被切割的面积基本上相同。
用于评估的那些压电元件在室温下通过Berlincourt法经历d33常数测量，并且压电常数的绝对值d(1)和压电常数的绝对值d(2)被评估，以计算d(2)/d(1)。下面的表1示出了例子和比较例的结果。
在例子1至5中，压电常数的绝对值d(2)为0，并且d(2)/d(1)为0。在例子6中，压电常数的绝对值d(2)不为0，并且d(2)/d(1)为0.08。另一方面，在比较例2中，压电常数的绝对值d(2)与压电常数的绝对值d(1)相同，并且d(2)/d(1)为1。因此，应当理解，在例子1、3、4、5和6中，驱动相电力供给电极34布置在其中的部分位于非驱动区域中。类似地，应当理解，在例子2中，其中缺少极化电极33并且与接地电极5相邻的驱动相电极3的部分位于非驱动区域中。另一方面，应当理解，在比较例2中，驱动相电力供给电极34布置在其中的部分位于驱动区域中。
另外，在例子1至6中，包括以上提到的位置(在例子1、3、4、5和6中驱动相电力供给电极34布置在其中的部分，以及在例子2中其中缺少极化电极33并且与接地电极5相邻的驱动相电极3的部分)、接地电极5和检测相电极7的区域被称为非驱动区域17，并且非驱动区域17的平均环形长度被计算并与非驱动区域18的平均环形长度进行比较。因此，在例子1至6中，非驱动区域17的平均环形长度为3λ/4。另一方面，在比较例1中，包括接地电极5和检测相电极7的区域被称为非驱动区域17，并且非驱动区域17的平均环形长度被计算并与非驱动区域18的平均环形长度进行比较。因此，在比较例1中，非驱动区域17的平均环形长度为3λ/4。另外，在比较例2中，包括接地电极5和检测相电极7的区域被称为非驱动区域17，并且非驱动区域17的平均环形长度被计算并与非驱动区域18的平均环形长度进行比较。因此，在比较例2中，非驱动区域17的平均环形长度不是3λ/4，而是小于3λ/4并大于2λ/4的长度。另外，当驱动相电极3或4与接地电极6之间的边界部分的中点被设定为起点时，非驱动区域18的平均环形长度被设定为λ/4。在例子1至6以及比较例1和2中，压电元件20的平均环形长度被计算。因此，它们都是7λ。
基于以上提到的结果，柔性印制板与非驱动区域17的连接位置的关系被确认。下面的表1示出了例子和比较例的结果。
表1
(注意)材料代表以下化合物。
PZT＝Pb(Zr,Ti)O3
BCTZ-Mn＝(Ba0.813Ca0.187)(Ti0.94Zr0.06)O3+Mn0.26重量份
KNNT＝(K,Na)(Nb,Ta)O3
作为研究结果，例子1至6当中每一个的振动波马达40具有比比较例1中的显著更大的最大右和左转数。另外，例子1至6当中每一个的振动波马达40具有比比较例2中的更大的最大右和左转数，并且最大右转数与最大左转数之差小。
工业适用性
根据本发明的振动波驱动装置、振动波马达用定子、振动波马达、驱动控制系统以及光学设备，驱动区域不被馈电构件限制，并且因此能够提供具有更高性能、更小尺寸、更低成本和更高质量的振动波驱动装置、振动波马达用定子、振动波马达、驱动控制系统、光学设备。
根据本发明，在第一表面上提供的至少一个电极跨驱动区域和非驱动区域布置，并且只在非驱动区域中电连接到馈电构件。因此，馈电构件可以只在非驱动区域中被电连接，并且因此驱动区域不被馈电构件限制。因此，能够提供能够实现更高性能、更高质量和更低成本的振动波驱动装置、振动波马达用定子、振动波马达、驱动控制系统、光学设备以及振动波驱动装置的制造方法。
虽然本发明已经参照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要符合最广泛的解释，从而涵盖所有此类修改以及等同结构和功能。
本申请要求于2013年6月28日提交的日本专利申请No.2013-135972的权益，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共用电极
3驱动相电极
4驱动相电极
5，6接地电极
7检测相电极
8馈电构件(柔性印制板)
8a电气配线
8b绝缘体(基膜)
9，725b膜片
10短路配线
11，725c转子
15驱动区域
16驱动区域
17非驱动区域
18非驱动区域
19a，19b连接电极
20压电元件
25振动波驱动装置
30振动波马达用定子
33极化电极
34驱动相电力供给电极
40，725振动波马达
701前透镜
702后透镜(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
717a，717b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垫圈
733低摩擦片

Claims (11)

1.一种振动波驱动装置，包括：
环形压电元件，包括一片式压电材料和被提供成夹住该一片式压电材料的多个电极，该环形压电元件被配置为由波长为λ的行进波振动；及
馈电构件，至少包括用于向环形压电元件供给电力的电气配线，该馈电构件在环形压电元件的第一表面上提供，
其中，环形压电元件包括至少两个驱动区域以及布置在所述至少两个驱动区域中的两个驱动区域之间并且具有nλ/4的平均环形长度的非驱动区域，其中n是奇数，及
其中，在第一表面上提供的至少一个电极跨非驱动区域和所述至少两个驱动区域中的相应一个驱动区域布置，并且只在非驱动区域中电连接到馈电构件。
2.如权利要求1所述的振动波驱动装置，其中，n是1和3中的一个。
3.如权利要求1所述的振动波驱动装置，其中，以下关系被满足，
0≤d(2)<0.1d(1)，
其中d(1)代表所述至少两个驱动区域中的每一个驱动区域的压电常数的绝对值，并且d(2)代表非驱动区域的如下部分的压电常数的绝对值，该部分包括跨所述至少两个驱动区域中的相应一个驱动区域和非驱动区域布置的所述至少一个电极。
4.如权利要求1至3中任一项所述的振动波驱动装置，
其中，非驱动区域包括用于检测振动波驱动装置的振动的检测区域，及
其中，环形压电元件还包括布置在检测区域的第一表面上的检测相电极，该检测相电极电连接到馈电构件。
5.如权利要求1至4中任一项所述的振动波驱动装置，其中，当与第一表面相对的表面是第二表面时，环形压电元件包括布置在非驱动区域的第一表面上的接地电极，该接地电极电连接到第二表面上的电极并且电连接到馈电构件。
6.如权利要求1至5中任一项所述的振动波驱动装置，其中，馈电构件包括柔性印制板。
7.一种振动波马达用定子，至少包括：
如权利要求1至6中任一项所述的振动波驱动装置；及
在环形压电元件的至少一个电极表面上提供的膜片。
8.一种振动波马达，至少包括：
如权利要求7所述的振动波马达用定子；及
与膜片的振动表面接触地提供的转子。
9.一种驱动控制系统，至少包括通过馈电构件的中介而电连接到如权利要求8所述的振动波马达的驱动电路。
10.一种光学设备，包括如权利要求9所述的驱动控制系统。
11.一种制造如权利要求1至6中任一项所述的振动波驱动装置的方法，该方法包括：
在至少两个驱动区域中的每一个驱动区域中的第一表面上提供极化电极，
在非驱动区域中的第一表面上提供驱动相电力供给电极，并且
在第二表面上提供共用电极；
向极化电极施加电压，以便使一片式压电材料经历极化处理；
提供跨极化电极和驱动相电力供给电极的连接电极；及
只在非驱动区域中将驱动相电力供给电极和馈电构件彼此电连接。
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