JP2017108617A - 超音波モータ、駆動制御システム、光学機器および振動子 - Google Patents
超音波モータ、駆動制御システム、光学機器および振動子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017108617A JP2017108617A JP2016229429A JP2016229429A JP2017108617A JP 2017108617 A JP2017108617 A JP 2017108617A JP 2016229429 A JP2016229429 A JP 2016229429A JP 2016229429 A JP2016229429 A JP 2016229429A JP 2017108617 A JP2017108617 A JP 2017108617A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diaphragm
- ultrasonic motor
- piezoelectric ceramic
- annular
- vibrator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 33
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 178
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 45
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 65
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 42
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 39
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 26
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 25
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 19
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 11
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 description 28
- ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N nobelium Chemical compound [No] ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 19
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 19
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 14
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- JXDXDSKXFRTAPA-UHFFFAOYSA-N calcium;barium(2+);oxygen(2-);titanium(4+) Chemical compound [O-2].[Ca+2].[Ti+4].[Ba+2] JXDXDSKXFRTAPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 8
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 8
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 7
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 7
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 7
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 6
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 6
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 6
- 101100153581 Bacillus anthracis topX gene Proteins 0.000 description 5
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 5
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 5
- 230000028161 membrane depolarization Effects 0.000 description 5
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 101150041570 TOP1 gene Proteins 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 4
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 4
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 4
- UYLYBEXRJGPQSH-UHFFFAOYSA-N sodium;oxido(dioxo)niobium Chemical compound [Na+].[O-][Nb](=O)=O UYLYBEXRJGPQSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 4
- 238000007088 Archimedes method Methods 0.000 description 3
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 3
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003916 acid precipitation Methods 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 2
- 238000009429 electrical wiring Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001105 martensitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000013008 moisture curing Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical group [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- FQNGWRSKYZLJDK-UHFFFAOYSA-N [Ca].[Ba] Chemical compound [Ca].[Ba] FQNGWRSKYZLJDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FSAJRXGMUISOIW-UHFFFAOYSA-N bismuth sodium Chemical compound [Na].[Bi] FSAJRXGMUISOIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- AOWKSNWVBZGMTJ-UHFFFAOYSA-N calcium titanate Chemical compound [Ca+2].[O-][Ti]([O-])=O AOWKSNWVBZGMTJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000007580 dry-mixing Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 description 1
- 238000012812 general test Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229940093474 manganese carbonate Drugs 0.000 description 1
- 235000006748 manganese carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 239000011656 manganese carbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000016 manganese(II) carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- XMWCXZJXESXBBY-UHFFFAOYSA-L manganese(ii) carbonate Chemical compound [Mn+2].[O-]C([O-])=O XMWCXZJXESXBBY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052752 metalloid Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- BITYAPCSNKJESK-UHFFFAOYSA-N potassiosodium Chemical compound [Na].[K] BITYAPCSNKJESK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
- B06B1/0651—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element of circular shape
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
- G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
- G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
- G02B7/08—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification adapted to co-operate with a remote control mechanism
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/163—Motors with ring stator
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/802—Circuitry or processes for operating piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for, e.g. drive circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
- H10N30/8536—Alkaline earth metal based oxides, e.g. barium titanates
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/872—Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
- H10N30/8542—Alkali metal based oxides, e.g. lithium, sodium or potassium niobates
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Lens Barrels (AREA)
Abstract
【解決手段】円環状の振動子と該振動子に対して加圧接触する円環状の移動体とを備えた超音波モータ。前記振動子は、円環状の振動板と円環状の圧電素子よりなる。前記圧電素子は、円環状の一片の圧電セラミックスと、その一方の面上に設けられた共通電極と、他方の面上に設けられた複数の電極とからなる。前記圧電セラミックスは、鉛の含有量が1000ppm未満である。前記複数の電極は、2つの駆動相電極と1つ以上の非駆動相電極と1つ以上の検知相電極よりなる。
【選択図】図5
Description
本発明の超音波モータは、円環状の振動子と、その振動子に対して加圧接触するように配設された円環状の移動体とを備えている。前記振動子は、円環状の振動板と、その振動板の第一の面(一方の面)上に設けられた円環状の圧電素子よりなり、その振動板の第二の面(第一の面とは反対側の面)が前記移動体と接触する。前記圧電素子は、円環状の一片の(一体として継ぎ目なく形成されている)圧電セラミックスと、その圧電セラミックス一方の(振動板と対向する面側の)面上に設けられた共通電極と、その圧電セラミックスの他方の(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。前記圧電セラミックスは、鉛の含有量が1000ppm未満である。前記複数の電極は、2つの駆動相電極と1つ以上の非駆動相電極と1つ以上の検知相電極よりなる。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箇所に有する。このとき、前記Xは2R/0.85−5≦X≦2R/0.85+10(2Rは振動板の外径で単位はmm)を満たす自然数であり、2Rは57mm以上であり、隣接する前記溝部同士を隔てる隔壁部の外径側の円周方向の長さの平均値Ltopと前記溝部の外径側の円周方向の長さの平均値Lbtmの比は0.80≦Ltop/Lbtm≦1.35の範囲にあり、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、当該中心深さの変化における極大となる溝部と極小となる溝部はそれぞれ12箇所以上あり、極大となる溝部と極小となる溝部とは互いに隣接しないことを特徴とする。
本発明の超音波モータは、前記条件を満たすことにより、十分な駆動速度を発揮することができる。また、十分な駆動速度を発揮するとともに、駆動に寄与しない不要な振動波を除去することができる。
本発明の超音波モータは円環状の振動子1と前記振動子1に接して設けられた円環状の移動体2とを備えている。
図1(a)、(b)は、本発明の超音波モータの一実施形態を示す概略図である。図1(a)は、超音波モータを斜め方向から見た概略斜視図である。図1(b)は、超音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。
また、図2は、本発明の超音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断面図である。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、本発明の超音波モータは、円環状の振動子1と前記振動子1に対して加圧接触させた円環状の移動体2とを備えている。
本発明において、円環状とは、初めに述べたように、模式的に、所定の厚みをもった円板が同心状に円形の貫通孔を有するもの、とみなし得る形状をいう。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、模式的に円環とみなし得る限り、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、円環の一部が切れた形状、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、本発明では円環状に含める。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、本発明では円環状に含める。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。
円環状の移動体2は同じく円環状の振動子1に加圧接触させられ、振動子1との接触面に発生する振動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(平坦)であることが好ましい。移動体2の材質は弾性体であることが好ましく、その素材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。アルミニウム表面をアルマイト(陽極酸化)処理しても良い。
振動子1は、図1(a)に示すように、円環状の振動板101と、振動板101の第一の面上に設けられた円環状の圧電素子102よりなり、該振動板101の第二の面で移動体2と接触している。移動体2は、適当な外力によって振動板101の第二の面に押し付けられていると、振動子1から移動体2への駆動力の伝達が良好となるため、好ましい。
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、本発明で用いることが好ましい室温におけるヤング率が110GPa以上145GPa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。
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、圧電セラミックス1021の振動板101と対向する側の面上に設けられた共通電極1022と、共通電極1022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1023を有している。
これらのうちでも、圧電セラミックス1021は、下記一般式(1)、(2)のいずれかで表されるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とし、主成分以外の金属成分の含有量が前記一般式で表される金属酸化物100重量部に対して金属換算で1重量部以下であることが好ましい。
一般式(1)
(Ba1−sCas)TiO3 (1)
(式中、0.10≦s≦0.30)
一般式(2)
(NaqBa1−r)(NbrTi1−r)O3 (2)
(式中、0.80≦q≦0.95、0.85≦r≦0.95)
本発明において、主成分とは圧電セラミックス1021の全重量に対して、前記一般式(1)、(2)のいずれかで表わされるペロブスカイト型金属酸化物を90質量%以上含むことを意味している。より好ましくは95質量%以上である。さらに好ましくは99質量%以上である。
一般式(1)は、ペロブスカイト構造を有するチタン酸バリウムのBaの一部をCaで置換したチタン酸バリウムカルシウム(BCT)を表している。一般式(1)において、AサイトにおけるCaのモル比を示すsは、0.10≦s≦0.30の範囲である。Caのモル比を前記範囲にすると、圧電セラミックス1021の脱分極温度を低下させずに、正方晶構造を広域な温度範囲(例えば、−30℃〜120℃)において維持できる。正方晶構造であると、良好な機械的品質係数を得られるため好ましい。しかし、s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、超音波モータの回転速度が不足する。他方、sが0.10より小さいと十分な機械的品質係数が得られない。
一般式(2)は、ニオブ酸ナトリウム(NaNbO3)にチタン酸バリウム(BaTiO3)を固溶させたペロブスカイト型金属酸化物(NN−BT)を表している。一般式(2)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NaとBa、Bサイトに位置する金属元素がTiとNbであることを意味する。ただし、一部のNaとBaがBサイトに位置してもよい。同様に、一部のTiとNbがAサイトに位置してもよい。
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字形のみならず、底面と各壁面とが直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。図6(b)、(c)、(d)は、そのような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。
モータ駆動時の発生力と滑りの防止の観点から、より好ましいXの範囲は、85≦X≦100である。
次に、本発明の駆動制御システムを説明する。図8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。
本発明の駆動制御システムは、本発明の超音波モータと、前記超音波モータと電気的に接続される駆動回路を少なくとも有することを特徴とする。駆動回路は、本発明の超音波モータに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。
駆動回路は、周波数が同じで、かつ、時間的位相差がπ/2の交番電圧を超音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の第二の面に周方向に進行する7次の曲げ振動波の進行波(波長λ)が発生する。
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次の曲げ進行波が発生すると、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、超音波モータのフィードバック制御が可能となる。
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、本発明の駆動制御システムと前記駆動制御システムに含まれる超音波モータと力学的に接続した光学部材とを少なくとも有することを特徴とする。
本明細書において「力学的な接続」とは一方の部材の座標変動、体積変化、形状変化によって生じた力が他方の部材に伝わるように直接的に接触している状態、または、第三の部材を介して接触している状態を指している。
図9(a)、(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10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。
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。
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。
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。
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。
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715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、超音波モータ725との力学的な接続によって位置が変化する。
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、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、超音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。
鉛の含有量が1000ppm未満であり、かつ、室温におけるヤング率が110GPa以上145GPa以下である円環状の一片の圧電セラミックスを以下のように製造した。ヤング率については、圧電素子から切り出した試験片を用いて測定した。
前記一般式(1)において、s=0.15組成に相当する(Ba0.85Ca0.15)TiO3へのMn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。
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を用いて、Ba、Ca、Tiが(Ba0.85Ca0.15)TiO3の組成になるように秤量した。前記組成(Ba0.85Ca0.15)TiO3の100重量部に対して、Mnの含有量が金属換算で0.18重量部となるように炭酸マンガンを秤量した。
これらの秤量した粉を、ボールミルを用いて16時間の湿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1000℃で2時間仮焼成し、仮焼成粉を得た。得られた仮焼成粉を8時間湿式粉砕した後に、仮焼成粉に対し3重量部となるPVAバインダを、スプレードライヤ装置を用いて、仮焼成粉表面に付着させ、造粒粉を得た。
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。
得られた成形体を電気炉に入れ、1300℃の最高温度で10時間保持し、合計48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、円環状の一片の圧電セラミックスを得た。
外径については54mmから90mmの範囲、内径については38mmから84mmの範囲、厚みについては0.3mmから1.0mmの範囲で同等の圧電特性を有する圧電セラミックスを製造可能であった。前記範囲のいずれの大きさの圧電セラミックスを用いても、本発明の振動子および超音波モータを作製可能であるが、説明の便宜上、外径77.0mm、内径67.1mm、厚み0.5mmの円環状の一片の圧電セラミックスを代表例として、説明を続ける。
円環の表面に対するX線回折測定によると、上記方法によって製造した圧電セラミックスは、いずれも正方晶のペロブスカイト構造を有することが分かった。
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(Ba0.85Ca0.15)TiO3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0.18重量部含有した組成であることが分かった。
前記一般式(2)において、q=0.86、r=0.88の組成に相当する(Na0.86Ba0.12)(Nb0.88Ti0.12)O3へのCu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。
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ニオブ酸ナトリウム、チタン酸バリウムを用いて、Na、Ba、Nb、Tiが(Na0.86Ba0.12)(Nb0.88Ti0.12)O3の組成になるように秤量した。焼結工程中にNa成分の揮発が見込まれるので、Naの仕込み量を過剰とした。前記組成(Na0.86Ba0.12)(Nb0.88Ti0.12)O3の100重量部に対して、Cuの含有量が金属換算で0.10重量部となるように酸化銅(Cu(II)O)を秤量した。
これらの秤量した粉を、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1000℃で2時間仮焼成し、仮焼成粉を得た。得られた仮焼成粉を8時間乾式粉砕した後に、仮焼成粉に対し3重量部となるPVAバインダを、スプレードライヤ装置を用いて、仮焼成粉表面に付着させ、造粒粉を得た。
得られた成形体を電気炉に入れ、1150℃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、円環状の一片の圧電セラミックスを得た。
外径については54mmから90mmの範囲、内径については38mmから84mmの範囲、厚みについては0.3mmから1.0mmの範囲で同等の圧電特性を有する圧電セラミックスを製造可能であった。前記範囲のいずれの大きさの圧電セラミックスを用いても、本発明の振動子および超音波モータを作製可能であるが、説明の便宜上、外径77.0mm、内径67.1mm、厚み0.5mmの円環状の一片の圧電セラミックスを代表例として、説明を続ける。
円環の表面に対するX線回折測定によると、上記方法によって製造した圧電セラミックスは、いずれもペロブスカイト構造を有することが分かった。
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(Na0.86Ba0.12)(Nb0.88Ti0.12)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Cuを0.10重量部含有した組成であることが分かった。
図11は、本発明の超音波モータおよび振動子に用いられる円環状の振動板の製造方法の一例を示す概略工程図である。
本発明に使用する振動板を作製するために、図11(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。
金属板101aの外径、内径および最大厚みは、図11(b)に示す振動板101の外径2R、内径2Rinおよび最大厚みTdiaの目的値と同じとなるようにした。金属板101aの外径は56mmから90mmの範囲、内径については40mmから84mmの範囲、厚みについては4mmから6mmの範囲で本発明の振動子および超音波モータに適用可能な振動板を製造可能であった。本製造例では、説明の便宜上、外径2Rが77mm、内径2Rinが67.1mm、最大厚みTdiaが5.0mmの金属板101aを代表例として、説明を続ける。
振動板101の溝部1012は第二の面側から見て、1.2mm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。この結果、突起部1011の外径側の円周方向の長さの平均値Ltopと溝部1012の外径側の円周方向の長さの平均値Lbtmは、Ltop/Lbtm=1.24の関係であった。この振動板を振動板V1とする。
振動板101の90箇所の溝部1012の中心深さD1からD90は、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。また、変化の極大部と極小部は図7(b)や対応する図7(a)から分かるように12箇所ずつであった。変化の極大部と極小部で隣接している箇所は無かった。D1からD90の絶対値の最大は2.202mmであり、最小は1.486mmであったので、その差分は0.716mmであり、振動板101の最大厚みTdia(5.0mm)に対して14.3%であった。D1からD90の絶対値の平均は1.85mmであり、振動板101の最大厚みTdia(5.0mm)に対して37.0%であった。
振動板V1と同様の原材料と製造方法によって、振動板V2を作製した。
その結果、2R=77.0mm、2Rin=67.1mm、Tdia=6.0mm、X=90、Ltop/Lbtm=1.34の振動板V2を得た。
振動板101の90箇所の溝部1012の中心深さD1からD90は、図7(d)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。また、変化の極大部と極小部は図7(d)や対応する図7(c)から分かるように12箇所ずつであった。変化の極大部と極小部で隣接している箇所は無かった。D1からD90の絶対値の最大は2.003mmであり、最小は1.285mmであったので、その差分は0.718mmであり、振動板101の最大厚みTdia(6.0mm)に対して12.0%であった。D1からD90の絶対値の平均は1.65mmであり、振動板101の最大厚みTdia(6.0mm)に対して27.5%であった。
また、D1からD45の大小関係とD46からD90の大小関係は表2に示す通りであった。表2ではDXの下付き添え字を視認しやすいように大きく表示している。表2から分かるように、D1からD90のうち、D1からD90/2の深さ変動とD90/2+1からD90の深さ変動は一致していた。このような構成にすることで7次以外の不要振動波を更に抑制できる。
振動板V1と同様の原材料と製造方法によって、振動板V3を作製した。
その結果、2R=77.0mm、2Rin=67.1mm、Tdia=5.0mm、X=90、Ltop/Lbtm=0.80の振動板V3を得た。
振動板101の90箇所の溝部1012の中心深さD1からD90は、図7(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。また、変化の極大部と極小部は図7(f)や対応する図7(e)から分かるように12箇所ずつであった。変化の極大部と極小部で隣接している箇所は無かった。D1からD90の絶対値の最大は2.395mmであり、最小は1.520mmであったので、その差分は0.875mmであり、振動板101の最大厚みTdia(5.0mm)に対して17.5%であった。D1からD90の絶対値の平均は1.95mmであり、振動板101の最大厚みTdia(5.0mm)に対して39.0%であった。
また、D1からD45の大小関係とD46からD90の大小関係は表3に示す通りであった。表3ではDXの下付き添え字を視認しやすいように大きく表示している。表3から分かるように、D1からD90のうち、D1からD90/2の深さ変動とD90/2+1からD90の深さ変動は一致していた。このような構成にすることで7次以外の不要振動波を更に抑制できる。
本発明との比較のために、振動板V1と同様の原材料と製造方法によって、2R=77.0mm、2Rin=67.1mm、Tdia=5.0mm、X=90、Ltop/Lbtm=1.24の振動板V4を作製した。ただし、振動板V4の90箇所の溝部の中心深さD1からD90は、全て1.85mmとした。
ここで、振動板V1、V2、V3およびV4の特徴を表4にまとめる。
図12は、本発明の振動子および超音波モータの製造方法の一例を示す概略工程図である。
前記製造例に示したBCT圧電セラミックスおよびNN−BT圧電セラミックスと、振動板V1、V2、V3およびV4を掛け合わせて8つの振動子を製造した。その製造例を表5に示す。
この段階で、圧電素子102の抜き取り検査として試験片を切り出して圧電セラミックス1021の各種特性を評価した。具体的には、圧電素子102のうち、一つの分極用電極102311の領域から矩形状の短冊、例えば長さ10mm×幅2.5mm×厚み0.5mmの短冊を切りだした。この短冊に対する室温(20℃)での共振−反共振法による測定から、圧電定数d31、機械的品質係数Qm、ヤング率Y11を得た。結果を表6に示す。
上記の製造実施例で得た本発明の振動子1の共振周波数を測定することで、発生する曲げ振動波の波数を特定し、比較用の振動子との差異を評価した。
共振周波数の測定は、駆動相電極(A相、B相)10231毎に実施した。まず、A相電極のみ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。A相電極に周波数可変で振幅が1V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。次に、A相電極と検知相電極10233を非駆動相電極10232と短絡させて、B相電極のみに交番電圧を印加して、同様にインピーダンスの周波数依存性を測定した。
溝部の中心深さに変化のない振動板V4を用いた比較用の振動子1(製造例7、8)では、A相とB相のそれぞれで計測したインピーダンス曲線の間で6次、7次、8次の共振周波数が一致していた。すなわち、A相とB相の定在波を合成すると、所望の7次の進行波以外に6次と8次の不要な進行波も発生することが分かった。
他方、溝部の中心深さを本発明に従って変化させた振動板V1、V2、V3を用いた本発明の振動子1(製造例1〜6)では、A相とB相のそれぞれで計測したインピーダンス曲線の間で所望する7次の共振周波数は一致していたが、不要である6次と8次の共振周波数は異なるピーク位置を示していた。すなわち、A相とB相の定在波を合成すると、所望の7次の進行波の発生に対して、6次と8次の不要な進行波の発生は抑制されていることが分かった。
本発明の超音波モータおよび比較用の超音波モータに用いるために、移動体2を作製した。
移動体2の形状は、円環状であり、かつ、外径が77.0mm、内径が67.1mm、厚み5mmとした。移動体2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。
図1(a)および図2に示すように、本発明の振動子1の第二の面に振動板101のサイズに合わせた移動体2を加圧接触させて本発明の超音波モータを作製した。同様に、比較用の超音波モータを作製した。
フレキシブルプリント基板3のコネクタ部を利用して、本発明の超音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、図8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、超音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次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。同様に、比較用の駆動制御システムを作製した。
本発明の駆動制御システム(駆動制御システム1〜6)および比較用の駆動制御システム(駆動制御システム7、8)の駆動試験を実施した。
移動体2に荷重を掛けて、150gf・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40kHzから25kHzまで変化させて、A相とB相にはいずれの駆動制御システムにおいても同一周波数が、時間的位相差π/2で印加されるようにした。このときの超音波モータの最高回転数を評価した。その結果を表7に示す。
他方、比較用の駆動制御システムにおいては、回転駆動時に異音が発生した。
本発明の駆動制御システムを用いて、図9および図10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。そのフォーカス速度は、比較例の光学機器と比較して十分に速いものであった。
101 振動板
101a 金属板
1011 隔壁部(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
1023 複数の電極
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)
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 超音波モータ
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
Claims (20)
- 円環状の振動子と該振動子に対して加圧接触するように配設された円環状の移動体とを備えた超音波モータであって、
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り、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、
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該圧電セラミックスと該振動板との間に挟まれるように設けられた共通電極と、該圧電セラミックスの前記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おり、
前記圧電セラミックスは、鉛の含有量が1000ppm未満であり、
前記複数の電極は、2つの駆動相電極と1つ以上の非駆動相電極と1つ以上の検知相電極よりなり、
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、該円環状の振動板の外径を2R(単位mm)としたとき、
前記Xは2R/0.85−5≦X≦2R/0.85+10を満たす自然数であり、前記2Rは57mm以上であり、
隣接する前記溝部同士を隔てる隔壁部の外径側の円周方向の長さの平均値Ltopと前記溝部の外径側の円周方向の長さの平均値Lbtmの比は0.80≦Ltop/Lbtm≦1.35の範囲にあり、
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、
当該中心深さの変化における極大となる溝部と極小となる溝部とがそれぞれ12箇所以上あり、
該極大となる溝部と極小となる溝部とは互いに隣接しないことを特徴とする超音波モータ。 - 前記圧電セラミックスの室温におけるヤング率が110GPa以上145GPa以下である請求項1に記載の超音波モータ。
- 前記D1〜DXの最大値と最小値との差分が前記振動板の最大厚みTdiaに対して5%以上25%以下である請求項1または2に記載の超音波モータ。
- 前記D1〜DXの平均値Daveが前記振動板の最大厚みTdiaに対して25%以上50%以下である請求項1乃至3のいずれか一項に記載の超音波モータ。
- 前記円環状の圧電素子の面上の任意の位置を通る、当該円環と中心を共にする円の円周を7等分した1つの円弧の長さをλとして円周長を7λで表したとき、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、各駆動相電極と接する部分の圧電セラミックスは円周方向に交互に極性が反転する6つの分極部からなり、前記1つ以上の非駆動相電極および前記1つ以上の検知相電極は前記2つの間隔部に設けられている請求項1乃至4のいずれか一項に記載の超音波モータ。
- 前記振動板の外径2Rが90mm以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の超音波モータ。
- 前記振動板の内径2Rin(単位mm)が、2R−16≦2Rin≦2R−6の関係を満たすことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の超音波モータ。
- 前記円環状の一片の圧電セラミックスの外径が、前記振動板の外径より小さく、かつ、前記円環状の一片の圧電セラミックスの内径が、前記振動板の内径より大きいことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の超音波モータ。
- 前記振動板の最大厚みTdiaが、4mm以上6mm以下であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の超音波モータ。
- 前記振動板が、鋼を50質量%以上、クロムを10.5質量%以上含有する合金よりなることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の超音波モータ。
- 前記Xが偶数であり、前記D1〜Dxのうち、D1〜DX/2の深さ変動とDX/2+1〜DXの深さ変動とがそれぞれ一致することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の超音波モータ。
- 前記検知相電極に最も近接する溝部の中心深さをDsen(senは1≦sen≦Xの自然数)としたときに、(Dsen+1−Dsen−1)/Dsenが5%以下であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の超音波モータ。
- 前記極大となる溝部のうち、その中心深さが前記D1〜DXの平均値Daveの1.15倍以上1.30倍以下である溝部が8箇所以上であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の超音波モータ。
- 前記極大となる溝部のうち、中心深さが最も大きい溝部と二番目に大きい溝部の間に位置する溝部の数Iが、I≧X/18の関係を満たすことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の超音波モータ。
- 前記溝部の中心深さが極大となる溝部が12箇所乃至16箇所であることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一項に記載の超音波モータ。
- 前記圧電セラミックスが下記一般式(1)
(Ba1−sCas)TiO3 (1)
(式中、0.10≦s≦0.30)
または、下記一般式(2)
(NaqBa1−r)(NbrTi1−r)O3 (2)
(式中、0.80≦q≦0.95、0.85≦r≦0.95)
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重量部以下であることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか一項に記載の超音波モータ。 - 請求項1乃至16のいずれか一項に記載の超音波モータと、該超音波モータと電気的に接続される駆動回路を少なくとも有することを特徴とする駆動制御システム。
- 前記駆動回路が前記振動子に7次の曲げ振動波を発生させる信号発生機構を有することを特徴とする請求項17に記載の駆動制御システム。
- 請求項18に記載の駆動制御システムと前記超音波モータに力学的に接続した光学部材とを少なくとも有することを特徴とする光学機器。
- 円環状の振動子であって、
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り、
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該圧電セラミックスと該振動板との間に挟まれるように設けられた共通電極と、該圧電セラミックスの前記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おり、
前記圧電セラミックスは、鉛の含有量が1000ppm未満であり、
前記複数の電極は、2つの駆動相電極と1つ以上の非駆動相電極と1つ以上の検知相電極よりなり、
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、該円環状の振動板の外径を2R(単位mm)としたときに、
前記Xは2R/0.85−5≦X≦2R/0.85+10を満たす自然数であり、前記2Rは57mm以上であり、
隣接する前記溝部同士を隔てる隔壁部の外径側の円周方向の長さの平均値Ltopと前記溝部の外径側の円周方向の長さの平均値Lbtmの比は0.80≦Ltop/Lbtm≦1.35の範囲にあり、
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、
当該中心深さの変化における極大となる溝部と極小となる溝部とがそれぞれ12箇所以上あり、
該極大となる溝部と極小となる溝部とは互いに隣接しないことを特徴とする振動子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022022669A JP7293428B2 (ja) | 2015-11-27 | 2022-02-17 | 超音波モータ、駆動制御システム、光学機器および振動子 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015231578 | 2015-11-27 | ||
JP2015231578 | 2015-11-27 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022022669A Division JP7293428B2 (ja) | 2015-11-27 | 2022-02-17 | 超音波モータ、駆動制御システム、光学機器および振動子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017108617A true JP2017108617A (ja) | 2017-06-15 |
JP2017108617A5 JP2017108617A5 (ja) | 2020-01-09 |
Family
ID=58778177
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016229429A Pending JP2017108617A (ja) | 2015-11-27 | 2016-11-25 | 超音波モータ、駆動制御システム、光学機器および振動子 |
JP2022022669A Active JP7293428B2 (ja) | 2015-11-27 | 2022-02-17 | 超音波モータ、駆動制御システム、光学機器および振動子 |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022022669A Active JP7293428B2 (ja) | 2015-11-27 | 2022-02-17 | 超音波モータ、駆動制御システム、光学機器および振動子 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10451833B2 (ja) |
JP (2) | JP2017108617A (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10775681B2 (en) * | 2015-11-27 | 2020-09-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Ultrasonic motor, drive control system, optical apparatus, and vibrator |
JP7136116B2 (ja) | 2017-10-18 | 2022-09-13 | 株式会社ニコン | 振動波モータおよび光学機器 |
US11469689B2 (en) | 2018-06-08 | 2022-10-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave motor, drive control system, and optical apparatus |
CN113595436B (zh) * | 2020-04-30 | 2024-06-07 | 华侨大学 | 圆形双纵振夹心式激励双足直线超声电机及其定子 |
CN114280874A (zh) * | 2020-09-17 | 2022-04-05 | 新思考电机有限公司 | 光学部件驱动装置、照相机装置以及电子设备 |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63178773A (ja) * | 1987-01-14 | 1988-07-22 | Olympus Optical Co Ltd | 超音波モ−タ |
JPH03230771A (ja) * | 1990-02-02 | 1991-10-14 | Canon Inc | 振動波モータ |
JPH06133569A (ja) * | 1992-10-14 | 1994-05-13 | Nikon Corp | 超音波モータ |
JPH08228492A (ja) * | 1995-02-22 | 1996-09-03 | Fukoku Co Ltd | 超音波モータ |
JPH11220894A (ja) * | 1997-10-27 | 1999-08-10 | Fanuc Ltd | 両面駆動超音波モータ |
JP2001298975A (ja) * | 2000-04-14 | 2001-10-26 | Canon Inc | 弾性体の製造方法および弾性体、およびこの弾性体を用いた振動波駆動装置 |
JP2009165231A (ja) * | 2007-12-28 | 2009-07-23 | Canon Inc | 振動波駆動装置およびそれを用いる装置 |
WO2012111279A1 (ja) * | 2011-02-18 | 2012-08-23 | パナソニック株式会社 | 圧電素子 |
JP2012195577A (ja) * | 2011-02-28 | 2012-10-11 | Canon Inc | 圧電材料、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 |
JP2014168056A (ja) * | 2013-01-29 | 2014-09-11 | Canon Inc | 圧電材料、圧電素子、積層圧電素子、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、超音波モータ、光学機器、振動装置、塵埃除去装置、撮像装置、および電子機器 |
JP2015208214A (ja) * | 2014-04-07 | 2015-11-19 | キヤノン株式会社 | 振動波駆動装置および光学機器 |
Family Cites Families (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02237481A (ja) | 1989-03-07 | 1990-09-20 | Canon Inc | 振動波モータ |
JP2604862B2 (ja) | 1989-09-06 | 1997-04-30 | キヤノン株式会社 | 振動波駆動装置 |
JPH03183376A (ja) | 1989-12-08 | 1991-08-09 | Canon Inc | 振動波モータ |
JPH03183381A (ja) | 1989-12-12 | 1991-08-09 | Canon Inc | 振動波モータ |
JP2993702B2 (ja) | 1990-04-02 | 1999-12-27 | キヤノン株式会社 | 振動波駆動装置 |
JPH0421374A (ja) | 1990-05-15 | 1992-01-24 | Canon Inc | 振動波モータ及びプリンタ |
JPH04121076A (ja) | 1990-09-12 | 1992-04-22 | Canon Inc | 振動波モータ |
US5440190A (en) * | 1992-09-25 | 1995-08-08 | Olympus Optical Co., Ltd. | Ultrasonic motor |
JPH07115782A (ja) * | 1993-10-13 | 1995-05-02 | Canon Inc | 振動波駆動装置 |
JPH07298652A (ja) * | 1994-04-27 | 1995-11-10 | Canon Inc | 振動波モータ |
JP2001045774A (ja) * | 1999-07-28 | 2001-02-16 | Canon Inc | 電気−機械エネルギー変換素子を振動源とする振動体、この振動体を駆動源とする振動波駆動装置、振動波駆動装置を有する装置およびこの振動体を搬送源とする搬送装置 |
JP4086536B2 (ja) * | 2002-04-18 | 2008-05-14 | キヤノン株式会社 | 振動波駆動装置及びその駆動回路 |
JP2009227525A (ja) | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Bridgestone Corp | 炭化ケイ素単結晶の製造装置及び製造方法 |
JP5217997B2 (ja) | 2008-10-20 | 2013-06-19 | Tdk株式会社 | 圧電磁器、振動子及び超音波モータ |
KR20110062989A (ko) * | 2009-12-04 | 2011-06-10 | 삼성전자주식회사 | 압전 모터 |
JP6080397B2 (ja) * | 2011-07-05 | 2017-02-15 | キヤノン株式会社 | 圧電材料、圧電素子、積層圧電素子、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、超音波モータ、光学機器、圧電音響部品および電子機器 |
WO2014208765A1 (en) | 2013-06-28 | 2014-12-31 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave drive device, stator for a vibration wave motor, vibration wave motor, driving control system, optical apparatus, and manufacturing method of a vibration wave driving device |
US10536097B2 (en) * | 2015-11-27 | 2020-01-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Ultrasonic motor, drive control system, optical apparatus, and vibrator |
US10516091B2 (en) * | 2015-11-27 | 2019-12-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Ultrasonic motor, drive control system, optical apparatus, and vibrator |
US10775681B2 (en) * | 2015-11-27 | 2020-09-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Ultrasonic motor, drive control system, optical apparatus, and vibrator |
-
2016
- 2016-11-17 US US15/354,388 patent/US10451833B2/en active Active
- 2016-11-25 JP JP2016229429A patent/JP2017108617A/ja active Pending
-
2022
- 2022-02-17 JP JP2022022669A patent/JP7293428B2/ja active Active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63178773A (ja) * | 1987-01-14 | 1988-07-22 | Olympus Optical Co Ltd | 超音波モ−タ |
JPH03230771A (ja) * | 1990-02-02 | 1991-10-14 | Canon Inc | 振動波モータ |
JPH06133569A (ja) * | 1992-10-14 | 1994-05-13 | Nikon Corp | 超音波モータ |
JPH08228492A (ja) * | 1995-02-22 | 1996-09-03 | Fukoku Co Ltd | 超音波モータ |
JPH11220894A (ja) * | 1997-10-27 | 1999-08-10 | Fanuc Ltd | 両面駆動超音波モータ |
JP2001298975A (ja) * | 2000-04-14 | 2001-10-26 | Canon Inc | 弾性体の製造方法および弾性体、およびこの弾性体を用いた振動波駆動装置 |
JP2009165231A (ja) * | 2007-12-28 | 2009-07-23 | Canon Inc | 振動波駆動装置およびそれを用いる装置 |
WO2012111279A1 (ja) * | 2011-02-18 | 2012-08-23 | パナソニック株式会社 | 圧電素子 |
JP2012195577A (ja) * | 2011-02-28 | 2012-10-11 | Canon Inc | 圧電材料、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 |
JP2014168056A (ja) * | 2013-01-29 | 2014-09-11 | Canon Inc | 圧電材料、圧電素子、積層圧電素子、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、超音波モータ、光学機器、振動装置、塵埃除去装置、撮像装置、および電子機器 |
JP2015208214A (ja) * | 2014-04-07 | 2015-11-19 | キヤノン株式会社 | 振動波駆動装置および光学機器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20170153410A1 (en) | 2017-06-01 |
JP7293428B2 (ja) | 2023-06-19 |
US10451833B2 (en) | 2019-10-22 |
JP2022081499A (ja) | 2022-05-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7336556B2 (ja) | 超音波モータ、駆動制御システム、光学機器および振動子 | |
JP7293429B2 (ja) | 超音波モータ、駆動制御システム、光学機器および振動子 | |
JP7293430B2 (ja) | 超音波モータ、駆動制御システム、光学機器および振動子 | |
JP7293428B2 (ja) | 超音波モータ、駆動制御システム、光学機器および振動子 | |
US10038394B2 (en) | Vibration wave drive device, stator for a vibration wave motor, vibration wave motor, driving control system, optical apparatus, and manufacturing method of a vibration wave driving device | |
US9509235B2 (en) | Piezoelectric element, oscillatory wave motor, and optical apparatus | |
JP6622480B2 (ja) | 振動波駆動装置および光学機器 | |
US9893269B2 (en) | Piezoelectric element, stator for oscillatory wave motor, oscillatory wave motor, driving control system, optical apparatus, and method for making stator for oscillatory wave motor | |
JP7254631B2 (ja) | 振動波モータ、駆動制御システムおよび光学機器 | |
JP7134815B2 (ja) | 振動波モータ、駆動制御システム、光学機器および電子機器 | |
WO2022230713A1 (ja) | 振動型アクチュエータ、電子機器および光学機器 | |
JP2022169124A (ja) | 振動型アクチュエータ、光学機器および電子機器 | |
JP2024062199A (ja) | 振動型アクチュエータ、光学機器および電子機器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD05 | Notification of revocation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425 Effective date: 20171214 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20180126 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191122 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191122 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200731 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200825 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201022 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210413 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210611 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20211118 |