JP2019033627A - Vibrator, ultrasonic motor, and method of manufacturing vibrator - Google Patents

Vibrator, ultrasonic motor, and method of manufacturing vibrator Download PDF

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Abstract

To provide a vibrator capable of preventing peeling of a piezoelectric element from an elastic body.SOLUTION: A vibrator 30 includes: an elastic body 10; and a piezoelectric element 20 joined to the elastic body 10. The elastic body 10 has two partially formed projections 11. The piezoelectric element 20 and the elastic body 10 are joined to form a closed gap 18 inside each projection 11. The piezoelectric element 20 has two through-holes 21 for communicating the respective gaps 18 with the outside.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、電気−機械エネルギー変換素子を有する振動子、超音波モータ及び振動子の製造方法に関する。   The present invention relates to a vibrator having an electromechanical energy conversion element, an ultrasonic motor, and a method for manufacturing the vibrator.

電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子と、主として金属からなる弾性体とを接合した振動子が知られている。この振動子では、高周波電圧の印加によって圧電素子を励振させて複数の振動モードを生じ、これらの振動モードを合成して弾性体に形成された突起部の先端に楕円運動を生じさせる。このような振動子は超音波モータや振動波モータに設けられ、これらのモータは振動子に接触する被駆動体を相対的に駆動するアクチュエータとして用いられる。このようなアクチュエータとして、圧電素子120が2つの突起部121を有する弾性体122に接合されて形成される振動子123(図14)と、該振動子123に加圧接触する被駆動部材とを備える超音波モータが知られている。この超音波モータでは、プレス加工によって2つの突起部121を板状の弾性体122に形成するため、加工精度の向上によって振動子123の製造ばらつきを低減することができ、性能を安定化することができる(例えば、特許文献1参照。)。この振動子123では、圧電素子120を弾性体122に接合した際、各突起部121の内側に密閉された空隙部124が形成される。   A vibrator in which a piezoelectric element as an electro-mechanical energy conversion element and an elastic body mainly made of metal are joined is known. In this vibrator, a piezoelectric element is excited by application of a high-frequency voltage to generate a plurality of vibration modes, and these vibration modes are combined to generate an elliptical motion at the tip of the protrusion formed on the elastic body. Such a vibrator is provided in an ultrasonic motor or a vibration wave motor, and these motors are used as actuators that relatively drive a driven body that contacts the vibrator. As such an actuator, a vibrator 123 (FIG. 14) formed by joining the piezoelectric element 120 to an elastic body 122 having two projecting portions 121, and a driven member that is in pressure contact with the vibrator 123. An ultrasonic motor provided is known. In this ultrasonic motor, since the two protrusions 121 are formed on the plate-like elastic body 122 by pressing, the manufacturing accuracy of the vibrator 123 can be reduced by improving the processing accuracy, and the performance can be stabilized. (For example, refer to Patent Document 1). In the vibrator 123, when the piezoelectric element 120 is joined to the elastic body 122, a sealed gap portion 124 is formed inside each protrusion 121.

特開2015−106927号公報JP2015-106927A

ところで、特許文献1の超音波モータが適用される機器が利用される環境は様々であり、例えば、室温よりも高温となる環境で当該機器が利用されることがある。このとき、空隙部124に密閉された空気が膨張し、空隙部124の内圧が高まり、図15の矢印で示すように、圧電素子120と弾性体122を剥離させる剥離力が発生する。例えば、空隙部124の内圧は、図16に示すように、温度が20℃のときの内圧を基準として場合、温度が80℃になると相対圧力は1.2倍となり、温度が160℃になると相対圧力は1.5倍となる。   By the way, there are various environments in which a device to which the ultrasonic motor of Patent Document 1 is applied is used. For example, the device may be used in an environment where the temperature is higher than room temperature. At this time, the air sealed in the gap portion 124 expands, the internal pressure of the gap portion 124 increases, and a peeling force for peeling the piezoelectric element 120 and the elastic body 122 is generated as indicated by the arrow in FIG. For example, as shown in FIG. 16, the internal pressure of the gap 124 is based on the internal pressure when the temperature is 20 ° C. When the temperature reaches 80 ° C., the relative pressure becomes 1.2 times, and when the temperature reaches 160 ° C. The relative pressure is 1.5 times.

また、圧電素子120と弾性体122の接合には、比較的高強度の接着剤を用いるが、このような接着剤は高温となる環境で接着強度が低下する。例えば、或る接着剤の接着強度は、図17に示すように、温度が常温(20℃〜30℃)のときの接着強度を基準とした場合、温度が80℃になると接着強度が約20%低下する。   In addition, a relatively high-strength adhesive is used for joining the piezoelectric element 120 and the elastic body 122. However, the adhesive strength of such an adhesive decreases in an environment where the temperature is high. For example, as shown in FIG. 17, the adhesive strength of a certain adhesive is about 20 when the temperature reaches 80 ° C. when the temperature is normal temperature (20 ° C. to 30 ° C.). %descend.

すなわち、振動子123を備える超音波モータには、高温環境において、空隙部124の内圧上昇と接着剤の接着強度の低下という二重の剥離要因が作用し、弾性体122から圧電素子120が剥離するという問題が生じる。   That is, in the high-temperature environment, the ultrasonic motor including the vibrator 123 is subjected to double peeling factors such as an increase in the internal pressure of the gap portion 124 and a decrease in the adhesive strength of the adhesive, and the piezoelectric element 120 is peeled from the elastic body 122. Problem arises.

本発明の目的は、弾性体から圧電素子が剥離するのを防止することができる振動子、超音波モータ及び振動子の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a vibrator, an ultrasonic motor, and a vibrator manufacturing method capable of preventing a piezoelectric element from peeling from an elastic body.

上記目的を達成するために、本発明の振動子は、突起部を有する弾性体と、前記弾性体の1つの面と接触している電気−機械エネルギー変換素子と、を備え、前記電気−機械エネルギー変換素子と前記突起部の間に空隙部が形成され、前記電気−機械エネルギー変換素子は、前記電気−機械エネルギー変換素子を貫通する貫通穴を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the vibrator of the present invention includes an elastic body having a protrusion and an electro-mechanical energy conversion element in contact with one surface of the elastic body, A gap is formed between the energy conversion element and the protrusion, and the electro-mechanical energy conversion element has a through-hole penetrating the electro-mechanical energy conversion element.

また、上記目的を達成するために、本発明の振動子は、突起部を有する弾性体と、前記弾性体の1つの面と接触している電気−機械エネルギー変換素子と、を備え、前記電気−機械エネルギー変換素子と前記突起部の間に空隙部が形成され、前記弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子が接触しない領域であって、前記空隙部から前記振動子の端部まで伸びている領域を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the vibrator according to the present invention includes an elastic body having a protrusion and an electromechanical energy conversion element in contact with one surface of the elastic body. A gap is formed between the mechanical energy conversion element and the protrusion, and the elastic body and the electro-mechanical energy conversion element are not in contact with each other, extending from the gap to the end of the vibrator. It has the area | region which has.

本発明によれば、弾性体から圧電素子が剥離するのを防止することができる。   According to the present invention, it is possible to prevent the piezoelectric element from peeling from the elastic body.

本発明の実施の形態に係る振動子が備える弾性体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the elastic body with which the vibrator | oscillator which concerns on embodiment of this invention is provided. 本発明の実施の形態に係る振動子が備える圧電素子を示す図である。It is a figure which shows the piezoelectric element with which the vibrator | oscillator which concerns on embodiment of this invention is provided. 本発明の実施の形態に係る振動子の構成を概略的に示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a vibrator according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る振動子において圧電素子にフレキシブルプリント基板が接合された状態を示す底面図である。FIG. 5 is a bottom view showing a state in which a flexible printed board is bonded to a piezoelectric element in the vibrator according to the embodiment of the present invention. 図2の圧電素子の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric element of FIG. 図2の圧電素子における貫通穴の近傍の構成を示す拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a configuration in the vicinity of a through hole in the piezoelectric element of FIG. 2. 本発明の実施の形態に係る超音波モータの構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the ultrasonic motor which concerns on embodiment of this invention. 図7における振動子保持体の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the vibrator holder in FIG. 図8における矢印Aに沿って眺めた部分の拡大図である。It is an enlarged view of the part looked along the arrow A in FIG. 図7の超音波モータが適用されるレンズ鏡筒の一部の断面図である。FIG. 8 is a partial cross-sectional view of a lens barrel to which the ultrasonic motor of FIG. 7 is applied. 圧電素子の変形例における貫通穴の近傍の構成を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the structure of the vicinity of the through-hole in the modification of a piezoelectric element. 振動子の第1の変形例の構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the structure of the 1st modification of a vibrator | oscillator. 振動子の第2の変形例の構成を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view showing roughly the composition of the 2nd modification of a vibrator. 従来の振動子の構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional vibrator | oscillator schematically. 従来の振動子における弾性体の突起部近傍の構成を概略的に示す拡大部分断面図である。It is an expanded partial sectional view which shows roughly the structure of the projection part vicinity of the elastic body in the conventional vibrator | oscillator. 弾性体の突起部の内側の空隙部の圧力と温度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the pressure and temperature of the space | gap part inside the protrusion part of an elastic body. 弾性体及び圧電素子の接合に用いられる接着剤の接着強度と温度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the adhesive strength of the adhesive agent used for joining of an elastic body, and a piezoelectric element, and temperature.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、以下の実施の形態に記載されている構成はあくまで例示に過ぎず、本発明の範囲は実施の形態に記載されている構成によって限定されることはない。まず、本実施の形態に係る振動子について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the configurations described in the following embodiments are merely examples, and the scope of the present invention is not limited by the configurations described in the embodiments. First, the vibrator according to the present embodiment will be described.

図1は、本実施の形態に係る振動子が備える弾性体を示す斜視図である。図2は、本実施の形態に係る振動子が備える圧電素子を示す図であり、図2(A)は平面図であり、図2(B)は図2(A)の線I−Iに沿う断面図であり、図2(C)は底面図である。図3は、本実施の形態に係る振動子の構成を概略的に示す断面図である。図4は、本実施の形態に係る振動子において圧電素子にフレキシブルプリント基板が接合された状態を示す底面図である。   FIG. 1 is a perspective view showing an elastic body provided in the vibrator according to the present embodiment. 2A and 2B are diagrams showing a piezoelectric element included in the vibrator according to the present embodiment, FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a line II in FIG. 2A. It is sectional drawing which follows, and FIG.2 (C) is a bottom view. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the vibrator according to the present embodiment. FIG. 4 is a bottom view showing a state in which the flexible printed circuit board is bonded to the piezoelectric element in the vibrator according to the present embodiment.

弾性体10は、金属板、例えば、SUS420J2の薄板(例えば、厚さが0.3mm)からなる。弾性体10は、略矩形の中央部13と、該中央部13から板厚方向へ部分的に突出する2つの突起部11(窪み)と、中央部13の両端から長手方向に延出する桁状の2つの支持部14とを有する。各支持部14の先端には、平面視略十字状の結合部15が形成され、2つの結合部15の各々には当該結合部15を貫通する丸穴16又は長穴17が形成される。2つの突起部11は中央部13の長手方向に沿って配置され、先端に接触部12を有する。また、2つの突起部11は中央部13における後述の圧電素子20と接触する側と反対側に突出する。弾性体10において、各突起部11、中央部13、各支持部14及び各結合部15(丸穴16、長穴17)は、金属板へのプレス加工を通じて一体的に形成される。圧電素子20は、電気−機械エネルギー変換素子であるピエゾ素子からなり、中央部13とほぼ同形状の略矩形を呈する。圧電素子20は、基部となる圧電体部22と、第一の電極23と、第二の電極24と、繋ぎ電極25とを有する。第一の電極23は圧電体部22の上面をほぼ覆う薄膜電極からなる。第二の電極24は圧電体部22の下面をほぼ覆う薄膜電極からなり、圧電素子20の短手方向の中心線に沿って2つの電極に分割される。繋ぎ電極25は圧電体部22の下面において2つに分割された第二の電極24に挟まれるように形成される。圧電素子20は、第一の電極23及び第二の電極24の間に高圧の電界を形成することにより、厚さ方向に関して分極され、厚さ方向に極性を有する。また、圧電素子20は、圧電体部22を厚さ方向に貫通する2つの貫通穴21を有する。   The elastic body 10 is made of a metal plate, for example, a thin plate of SUS420J2 (for example, a thickness of 0.3 mm). The elastic body 10 includes a substantially rectangular central portion 13, two protruding portions 11 (dents) partially protruding from the central portion 13 in the plate thickness direction, and girders extending in the longitudinal direction from both ends of the central portion 13. Two support portions 14 in the form of a ring. A joint portion 15 having a substantially cross shape in plan view is formed at the tip of each support portion 14, and a round hole 16 or a long hole 17 penetrating the joint portion 15 is formed in each of the two joint portions 15. The two protrusions 11 are arranged along the longitudinal direction of the central portion 13 and have a contact portion 12 at the tip. The two protrusions 11 protrude on the opposite side of the central portion 13 from the side in contact with a piezoelectric element 20 described later. In the elastic body 10, the protrusions 11, the central portion 13, the support portions 14, and the coupling portions 15 (round holes 16 and long holes 17) are integrally formed through press working on a metal plate. The piezoelectric element 20 is composed of a piezoelectric element that is an electro-mechanical energy conversion element, and has a substantially rectangular shape that is substantially the same shape as the central portion 13. The piezoelectric element 20 includes a piezoelectric body portion 22 serving as a base, a first electrode 23, a second electrode 24, and a connecting electrode 25. The first electrode 23 is a thin film electrode that substantially covers the upper surface of the piezoelectric body portion 22. The second electrode 24 is a thin film electrode that substantially covers the lower surface of the piezoelectric body portion 22, and is divided into two electrodes along the center line in the short direction of the piezoelectric element 20. The connecting electrode 25 is formed so as to be sandwiched between two divided second electrodes 24 on the lower surface of the piezoelectric body portion 22. The piezoelectric element 20 is polarized in the thickness direction by forming a high-voltage electric field between the first electrode 23 and the second electrode 24, and has a polarity in the thickness direction. The piezoelectric element 20 has two through holes 21 that penetrate the piezoelectric body portion 22 in the thickness direction.

本実施の形態では、圧電素子20と弾性体10は互いに接着剤等によって接合されて振動子30を構成する。このとき、弾性体10の各突起部11の内側は外部から密閉されて空隙部18を形成するが、弾性体10において、各貫通穴21が各空隙部18に対向するように、圧電素子20が弾性体10に接合される(第2の工程)。したがって、各空隙部18は各貫通穴21によって外部と連通する。また、振動子30では、圧電素子20の第二の電極24と接するように、フレキシブルプリント基板(以下、「FPC」という。)40(給電体)が圧電素子20へ接合される。FPC40には、当該FPC40を厚さ方向に貫通する2つの開口部41が穿設され、各開口部41が各貫通穴21に対向するように、FPC40が圧電素子20へ接合される(第3の工程)。これにより、FPC40が各貫通穴21を塞ぐことが無く、各貫通穴21による連通が維持される。   In the present embodiment, the piezoelectric element 20 and the elastic body 10 are bonded to each other by an adhesive or the like to constitute the vibrator 30. At this time, the inside of each protrusion 11 of the elastic body 10 is sealed from the outside to form the gap 18, but in the elastic body 10, the piezoelectric element 20 so that each through hole 21 faces each gap 18. Are joined to the elastic body 10 (second step). Accordingly, each gap 18 communicates with the outside through each through hole 21. In the vibrator 30, a flexible printed circuit board (hereinafter referred to as “FPC”) 40 (power supply body) is bonded to the piezoelectric element 20 so as to be in contact with the second electrode 24 of the piezoelectric element 20. The FPC 40 is formed with two openings 41 penetrating the FPC 40 in the thickness direction, and the FPC 40 is joined to the piezoelectric element 20 so that each opening 41 faces each through hole 21 (third). Process). As a result, the FPC 40 does not block each through hole 21 and communication through each through hole 21 is maintained.

振動子30では、不図示の電源からFPC40を介して圧電素子20に高周波電圧が印加される。具体的には、弾性体10の面外曲げ振動モード(モード1)及び面外曲げ振動モード(モード2)の各共振周波数に近い周波数の交番電圧が圧電素子20の2つに分割された第二の電極24のそれぞれに印加される。これにより、振動子30では面外曲げ振動モード(モード1)の振動と面外曲げ振動モード(モード2)の振動が同時に励起される。ここで、面外曲げ振動モード(モード1)は、圧電素子20の短手方向に沿って変形する振動であり、振動子30において圧電素子20の長手方向と略平行に突起部11を挟んで2本の節線が現れる振動モードである。面外曲げ振動モード(モード2)は、圧電素子20の長手方向に沿って変形する振動であり、振動子30において圧電素子20の短手方向と略平行に3本の節線が生じる振動モードである。振動子30では、2つの突起部11が、面外曲げ振動モード(モード1)の振動の腹となる位置、且つ、面外曲げ振動モード(モード2)の振動の節となる位置に配置される。そして、面外曲げ振動モード(モード1)の振動と、面外曲げ振動モード(モード2)の振動とが合成されることによって突起部11は楕円運動が行うが、このような楕円運動を生じさせる原理は周知であるため、より詳細な説明は省略する。振動子30では、楕円運動が行う各突起部11に被駆動体を加圧接触させて、当該被駆動体を振動子30に対して相対的に駆動する。このとき、各突起部11の接触部12が摩耗するのを防止するために、弾性体10では、各突起部11をプレス加工によって形成した後、焼き入れ処理を施し、各接触部12の硬度を向上させる。   In the vibrator 30, a high frequency voltage is applied to the piezoelectric element 20 from the power source (not shown) via the FPC 40. Specifically, an alternating voltage having a frequency close to each resonance frequency of the out-of-plane bending vibration mode (mode 1) and the out-of-plane bending vibration mode (mode 2) of the elastic body 10 is divided into two piezoelectric elements 20. Applied to each of the two electrodes 24. As a result, the vibration in the out-of-plane bending vibration mode (mode 1) and the vibration in the out-of-plane bending vibration mode (mode 2) are simultaneously excited in the vibrator 30. Here, the out-of-plane bending vibration mode (mode 1) is a vibration that deforms along the short direction of the piezoelectric element 20, and the protrusion 30 is sandwiched between the vibrator 30 and substantially parallel to the longitudinal direction of the piezoelectric element 20. This is a vibration mode in which two nodal lines appear. The out-of-plane bending vibration mode (mode 2) is vibration that is deformed along the longitudinal direction of the piezoelectric element 20, and is a vibration mode in which three nodal lines are generated in the vibrator 30 substantially parallel to the short direction of the piezoelectric element 20. It is. In the vibrator 30, the two protrusions 11 are arranged at a position where the antinode vibration mode (mode 1) becomes an antinode and at a position where the vibration node of the out-of-plane bending vibration mode (mode 2) becomes a vibration node. The The protrusion 11 performs an elliptical motion by combining the vibration in the out-of-plane bending vibration mode (mode 1) and the vibration in the out-of-plane bending vibration mode (mode 2). Since the principle of making it known is well known, a more detailed description is omitted. In the vibrator 30, the driven body is brought into pressure contact with each protrusion 11 that performs the elliptical motion, and the driven body is driven relative to the vibrator 30. At this time, in order to prevent the contact portion 12 of each projection portion 11 from being worn, the elastic body 10 is formed by pressing each projection portion 11 and then subjected to a quenching process, whereby the hardness of each contact portion 12 is determined. To improve.

圧電素子20は、電圧が印加されることによって厚さ方向や厚さ方向と直交する方向(長手方向、短手方向)に伸縮するが、弾性体10と接着されると、主に長手方向、短手方向の伸縮により、バイメタルの原理で全体が曲げられるように変形する。すなわち、振動子30には、圧電素子20に交番電圧を印加することにより、曲げ変形に起因した面外曲げ振動モード(モード1)や面外曲げ振動モード(モード2)の振動が生じる。このように、圧電素子20の変形によって振動子30に曲げ振動が励起されるため、この振動子30を使ったモータの出力(推力と速度)を大きくするためには、圧電素子20の長手方向及び短手方向の変形力を大きくする必要がある。これらの変形力を大きくする方法としては、圧電素子20に印加される交番電圧を大きくすることや圧電素子20の各方向に関する断面積を大きくすることが考えられる。さらには、圧電素子20のヤング率を大きくすることや圧電素子20の圧電定数を大きくすることが考えられる。これらの方法の中で、最も簡易な方法は、圧電素子20の各方向に関する断面積を大きくすることであるため、本実施の形態では、圧電素子20の厚さを大きくし、例えば、圧電素子20の厚さを0.47mmに設定する。   The piezoelectric element 20 expands and contracts in the thickness direction and the direction orthogonal to the thickness direction (longitudinal direction, short direction) when a voltage is applied, but when bonded to the elastic body 10, the piezoelectric element 20 mainly extends in the longitudinal direction. Due to the expansion and contraction in the short direction, it deforms so that it can be bent entirely by the bimetal principle. In other words, when an alternating voltage is applied to the piezoelectric element 20, the vibrator 30 is vibrated in an out-of-plane bending vibration mode (mode 1) or an out-of-plane bending vibration mode (mode 2) due to bending deformation. As described above, since the bending vibration is excited in the vibrator 30 by the deformation of the piezoelectric element 20, in order to increase the output (thrust and speed) of the motor using the vibrator 30, the longitudinal direction of the piezoelectric element 20 is used. In addition, it is necessary to increase the deformation force in the short direction. As a method for increasing these deformation forces, it is conceivable to increase the alternating voltage applied to the piezoelectric element 20 or to increase the cross-sectional area of each direction of the piezoelectric element 20. Furthermore, it is conceivable to increase the Young's modulus of the piezoelectric element 20 or to increase the piezoelectric constant of the piezoelectric element 20. Among these methods, the simplest method is to increase the cross-sectional area of each direction of the piezoelectric element 20. Therefore, in the present embodiment, the thickness of the piezoelectric element 20 is increased. The thickness of 20 is set to 0.47 mm.

上述したように、振動子30では、各突起部11の楕円運動を大きくすることを考慮し、圧電素子20の厚さを比較的大きい値である0.47mmに設定する。一方、圧電素子20が厚いと貫通穴21の穿設が難しくなるおそれがある。また、貫通穴21による振動への影響、変形による応力集中の影響を小さくするために、貫通穴21は小さい方が好ましい。しかしながら、例えば、厚さが0.47mm程度の薄い圧電素子20へドリルによって貫通穴21を穿設する場合、圧電素子20自体が切削困難な材料でもあるため、ドリルの破損等も考慮すると、貫通穴21の直径を所定の大きさ以上にする必要がある。具体的には、φ0.3mm以上にしないと安定した加工ができないおそれがある。本実施の形態では、これに対応して、圧電体部22にドリルによる切削加工を施すこと無く、各貫通穴21を形成する。   As described above, in the vibrator 30, the thickness of the piezoelectric element 20 is set to a relatively large value of 0.47 mm in consideration of increasing the elliptical motion of each protrusion 11. On the other hand, if the piezoelectric element 20 is thick, it may be difficult to drill the through hole 21. Moreover, in order to reduce the influence on the vibration by the through hole 21 and the influence of the stress concentration due to the deformation, the through hole 21 is preferably small. However, for example, when the through-hole 21 is drilled into the thin piezoelectric element 20 having a thickness of about 0.47 mm, the piezoelectric element 20 itself is also a material that is difficult to cut. It is necessary to make the diameter of the hole 21 larger than a predetermined size. Specifically, stable machining may not be possible unless the diameter is 0.3 mm or more. In the present embodiment, correspondingly, each through hole 21 is formed without cutting the piezoelectric body portion 22 with a drill.

図5は、図2の圧電素子の製造方法を説明するための図である。図6は、図2の圧電素子における貫通穴の近傍の構成を示す拡大断面図である。上述したように、圧電素子20は厚さが0.47mmのピエゾ素子からなるが、薄膜の圧電体シートの積層構造を有する。圧電素子20の製造工程では、まず、厚さが約0.06mmの圧電体からなるグリーンシートを製造し、該グリーンシートをカットしてn枚の圧電体シート22a(圧電体薄膜)を得る。各圧電体シート22aの大きさは圧電体部22の大きさに揃えられる。次いで、各圧電体シート22aに当該圧電体シート22aを厚さ方向に貫通する2つの穴21aを穿設する。各穴21aは圧電素子20における各貫通穴21の位置に対応するように穿設される。各穴21aの穿設には、例えば、Φ0.1mmのドリルやパンチが用いられる。その後、穴21aが穿設されたn枚の圧電体シート22aを、各穴21aが対向するように積層して焼成する(第1の工程)。ここで、各穴21aが確実に対向するように、各圧電体シート22aへ位置決め用の穴(図示しない)を設け、針状の治具を各圧電体シート22aの位置決め用の穴へ遊嵌させることにより、各圧電体シート22aを重ね合わせてもよい。このとき、積層された各圧電体シート22aが一体的に焼成(焼結)され、圧電体部22が得られると同時に、圧電体部22に各貫通穴21が形成される。次いで、圧電体部22の上面及び下面に第一の電極23、第二の電極24及び繋ぎ電極25をスクリーン印刷法による電極材料(例えば、銀)の塗布、続く焼き付けによって形成する。このとき、第一の電極23や第二の電極24は部分的に各貫通穴21へ回り込むが、各貫通穴21において第一の電極23と第二の電極24が接触することが無いように(図6)、電極材料の塗布量が調整される。その後、第一の電極23及び第二の電極24の間に高圧の電界を形成して分極処理を施し、圧電素子20を得る。   FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing the piezoelectric element of FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing a configuration in the vicinity of the through hole in the piezoelectric element of FIG. As described above, the piezoelectric element 20 is composed of a piezoelectric element having a thickness of 0.47 mm, but has a laminated structure of thin film piezoelectric sheets. In the manufacturing process of the piezoelectric element 20, first, a green sheet made of a piezoelectric body having a thickness of about 0.06 mm is manufactured, and the green sheet is cut to obtain n piezoelectric sheets 22a (piezoelectric thin films). The size of each piezoelectric sheet 22 a is aligned with the size of the piezoelectric portion 22. Next, two holes 21a that penetrate the piezoelectric sheet 22a in the thickness direction are formed in each piezoelectric sheet 22a. Each hole 21 a is formed so as to correspond to the position of each through hole 21 in the piezoelectric element 20. For example, a Φ0.1 mm drill or punch is used to make each hole 21a. Thereafter, the n piezoelectric sheets 22a in which the holes 21a are formed are stacked and fired so that the holes 21a face each other (first step). Here, a positioning hole (not shown) is provided in each piezoelectric sheet 22a so that the holes 21a are opposed to each other, and a needle-like jig is loosely fitted in the positioning hole of each piezoelectric sheet 22a. By doing so, the piezoelectric sheets 22a may be overlapped. At this time, the laminated piezoelectric sheets 22 a are integrally fired (sintered) to obtain the piezoelectric portion 22, and at the same time, the through holes 21 are formed in the piezoelectric portion 22. Next, the first electrode 23, the second electrode 24, and the connecting electrode 25 are formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric body portion 22 by applying an electrode material (for example, silver) by screen printing and then baking. At this time, the first electrode 23 and the second electrode 24 partially wrap around each through hole 21, but the first electrode 23 and the second electrode 24 do not come into contact with each through hole 21. (FIG. 6) The application amount of the electrode material is adjusted. Thereafter, a high-voltage electric field is formed between the first electrode 23 and the second electrode 24 to perform polarization treatment, and the piezoelectric element 20 is obtained.

振動子30によれば、圧電素子20は空隙部18を外部と連通させる貫通穴21を有するので、空隙部18に密閉された空気が膨張しても、空隙部18の空気を外部に逃がすことができ、空隙部18の内圧が上昇するのを防止することができる。これにより、圧電素子20と弾性体10を剥離させる剥離力が発生するのを防止して弾性体10から圧電素子20が剥離するのを防止することができる。また、圧電素子20に接合されるFPC40は開口部41を有し、開口部41は貫通穴21に対向するので、圧電素子20にFPC40が接合されても、貫通穴21が塞がれることが無く、空隙部18の内圧が上昇することもない。   According to the vibrator 30, the piezoelectric element 20 has the through hole 21 that allows the gap 18 to communicate with the outside. Therefore, even if the air sealed in the gap 18 expands, the air in the gap 18 escapes to the outside. It is possible to prevent the internal pressure of the gap 18 from increasing. Thereby, it is possible to prevent the peeling of the piezoelectric element 20 from the elastic body 10 by preventing generation of a peeling force for peeling the piezoelectric element 20 and the elastic body 10. Further, since the FPC 40 joined to the piezoelectric element 20 has an opening 41 and the opening 41 faces the through hole 21, even if the FPC 40 is joined to the piezoelectric element 20, the through hole 21 may be blocked. And the internal pressure of the gap 18 does not increase.

また、振動子30では、厚さ方向に貫通する2つの穴21aを有する複数の圧電体シート22aを重ね合わせて圧電体部22を得るため、各穴21aの重ね合わせによって貫通穴21を形成することができる。すなわち、圧電体部22へドリルによる加工を施して貫通穴21を形成する必要を無くし、ドリルの折損等による歩留まりの悪化を防止することができる。また、貫通穴21をドリルによる加工によって形成する必要が無いので、必要以上に貫通穴21を大きくする必要が無く、もって、貫通穴21の径を小さい値(約0.1mm)に設定することができる。これにより、圧電素子20の剛性が低下するのを低減するとともに、振動モードへの影響を最小限にし、各突起部11の楕円運動が小さくなるのを防止することができる。   Further, in the vibrator 30, in order to obtain the piezoelectric part 22 by superimposing a plurality of piezoelectric sheets 22a having two holes 21a penetrating in the thickness direction, the through holes 21 are formed by superimposing the holes 21a. be able to. That is, it is not necessary to process the piezoelectric body portion 22 with a drill to form the through hole 21, and the yield can be prevented from being deteriorated due to breakage of the drill. Further, since it is not necessary to form the through hole 21 by drilling, it is not necessary to make the through hole 21 larger than necessary, and the diameter of the through hole 21 is set to a small value (about 0.1 mm). Can do. Thereby, it is possible to reduce the decrease in rigidity of the piezoelectric element 20, minimize the influence on the vibration mode, and prevent the elliptical motion of each protrusion 11 from being reduced.

次に、本実施の形態に係る超音波モータについて説明する。図7は、本実施の形態に係る超音波モータの構成を示す分解斜視図である。図8は、図7における振動子保持体の構成を示す斜視図である。図9は、図8における矢印Aに沿って眺めた部分の拡大図である。超音波モータ70は、振動子保持リング71と振動子30とを有する振動子保持体72、ロータ73(被駆動体)、板バネ74、加圧リング75及び防振ゴム76を備える。振動子保持体72、ロータ73、板バネ74、加圧リング75及び防振ゴム76のいずれも円環状を呈し、中心軸Lに沿って図中下方から、加圧リング75、板バネ74、振動子保持体72、ロータ73及び防振ゴム76の順で積み重ねられる。振動子保持体72の振動子保持リング71の上面には約120°の間隔で3箇所に凹部71aが設けられ、各凹部71aに収容されるように3つの振動子30が配置される。各凹部71aの周方向に関する両脇にはピン状突起71b、71cが振動子保持リング71と一体的に形成される。凹部71aに振動子30が収容される際、ピン状突起71bが振動子30の弾性体10における丸穴16と係合し、ピン状突起71cが振動子30の弾性体10における長穴17と係合する。これにより、振動子30の凹部71a、引いては、振動子保持リング71に対する位置が規定され、振動子30の振動子保持リング71に対する相対移動が規制される。凹部71aの底には通気性を有するフェルトからなる振動絶縁部材90が配置される。振動絶縁部材90は振動子30の振動を阻害しないように接触し、該振動が振動子保持リング71へ伝達されるのを抑制する。振動子保持体72では、振動子30のFPC40が振動絶縁部材90に接するように、振動子30が凹部71aに収容されるが、振動絶縁部材90は通気性を有する。したがって、FPC40の各開口部41、引いては、圧電素子20の各貫通穴21は振動絶縁部材90を介して外部と通気可能であるため、空隙部18の外部との連通は維持される。また、振動子30が凹部71aに収容される際、振動子30の弾性体10の各接触部12がピン状突起71b,71cよりも上方に位置するようにピン状突起71b,71cの高さが設定される。   Next, the ultrasonic motor according to the present embodiment will be described. FIG. 7 is an exploded perspective view showing the configuration of the ultrasonic motor according to the present embodiment. FIG. 8 is a perspective view showing the configuration of the vibrator holder in FIG. FIG. 9 is an enlarged view of a portion viewed along an arrow A in FIG. The ultrasonic motor 70 includes a vibrator holding body 72 having a vibrator holding ring 71 and a vibrator 30, a rotor 73 (driven body), a leaf spring 74, a pressure ring 75, and a vibration isolating rubber 76. All of the vibrator holder 72, the rotor 73, the leaf spring 74, the pressure ring 75, and the vibration isolating rubber 76 have an annular shape, and the pressure ring 75, the leaf spring 74, The vibrator holder 72, the rotor 73, and the vibration isolating rubber 76 are stacked in this order. The upper surface of the vibrator holding ring 71 of the vibrator holding body 72 is provided with three recesses 71a at intervals of about 120 °, and the three vibrators 30 are disposed so as to be accommodated in the respective recesses 71a. Pin-like protrusions 71 b and 71 c are formed integrally with the vibrator holding ring 71 on both sides in the circumferential direction of each recess 71 a. When the vibrator 30 is accommodated in the recess 71 a, the pin-like protrusion 71 b engages with the round hole 16 in the elastic body 10 of the vibrator 30, and the pin-like protrusion 71 c contacts the elongated hole 17 in the elastic body 10 of the vibrator 30. Engage. As a result, the position of the vibrator 30 with respect to the concave portion 71a, that is, the vibrator holding ring 71 is defined, and the relative movement of the vibrator 30 with respect to the vibrator holding ring 71 is restricted. A vibration insulating member 90 made of felted breathable is disposed at the bottom of the recess 71a. The vibration insulating member 90 contacts so as not to inhibit the vibration of the vibrator 30 and suppresses the vibration from being transmitted to the vibrator holding ring 71. In the vibrator holder 72, the vibrator 30 is accommodated in the recess 71a so that the FPC 40 of the vibrator 30 contacts the vibration insulation member 90, but the vibration insulation member 90 has air permeability. Therefore, each opening 41 of the FPC 40, and hence each through hole 21 of the piezoelectric element 20 can be ventilated to the outside through the vibration insulating member 90, so that communication with the outside of the gap 18 is maintained. Further, when the vibrator 30 is housed in the recess 71a, the height of the pin-like protrusions 71b and 71c is such that each contact portion 12 of the elastic body 10 of the vibrator 30 is positioned above the pin-like protrusions 71b and 71c. Is set.

ロータ73の下面には、例えば、窒化処理等の耐摩耗処理が施されて摩擦接触部73aが形成される。ロータ73は、摩擦接触部73aが振動子保持体72と対向するように配置される。上述したように、振動子保持体72では振動子30の弾性体10の各接触部12がピン状突起71b,71cよりも上方に位置するため、各接触部12が摩擦接触部73aに接触する。ロータ73の上面には防振ゴム76が密着される。防振ゴム76は、例えば、ブチルゴムやネオプレンゴムからなる。防振ゴム76は後述する出力伝達部材104に接する。   On the lower surface of the rotor 73, for example, a frictional contact portion 73a is formed by performing an anti-wearing process such as a nitriding process. The rotor 73 is disposed so that the friction contact portion 73 a faces the vibrator holder 72. As described above, in the vibrator holding body 72, each contact portion 12 of the elastic body 10 of the vibrator 30 is positioned above the pin-like protrusions 71b and 71c, and thus each contact portion 12 contacts the friction contact portion 73a. . Anti-vibration rubber 76 is in close contact with the upper surface of the rotor 73. The anti-vibration rubber 76 is made of, for example, butyl rubber or neoprene rubber. The anti-vibration rubber 76 is in contact with an output transmission member 104 described later.

図10は、図7の超音波モータが適用されるレンズ鏡筒の一部の断面図である。レンズ鏡筒100は筒状の鏡筒ユニット本体101を備える。鏡筒ユニット本体101は、一端において中心軸(光軸)Lに対して垂直且つ外側へ向けて突出するフランジ102を有する。フランジ102には、マニュアルフォーカスの際に手動で操作されるマニュアルリング103が光軸Lを中心として配置される。また、レンズ鏡筒100では、鏡筒ユニット本体101を内包するように超音波モータ70が光軸Lを中心として配置される。さらに、環状の出力伝達部材104が光軸Lを中心とし、且つ間に防振ゴム76を挟んで超音波モータ70のロータ73と対向するように配置される。出力伝達部材104及びマニュアルリング103の間にはコロリング105が配置される。コロリング105は出力伝達部材104やマニュアルリング103からの駆動力の伝達によって回転可能に構成される。コロリング105は光軸Lに沿って鏡筒ユニット本体101の端部から突出する出力キー106を有する。出力キー106は、例えば、レンズ鏡筒100のカム環(図示しない)と係合し、コロリング105の回転をカム環へ伝達する。また、コロリング105は径方向に突出する複数のコロ軸107と、各コロ軸107によって軸支される車輪状のコロ108とを有する。   FIG. 10 is a cross-sectional view of a part of a lens barrel to which the ultrasonic motor of FIG. 7 is applied. The lens barrel 100 includes a cylindrical barrel unit main body 101. The lens barrel unit main body 101 has a flange 102 that is perpendicular to the central axis (optical axis) L and protrudes outward at one end. On the flange 102, a manual ring 103 that is manually operated during manual focusing is disposed around the optical axis L. In the lens barrel 100, the ultrasonic motor 70 is disposed around the optical axis L so as to enclose the barrel unit body 101. Furthermore, the annular output transmission member 104 is disposed so as to face the rotor 73 of the ultrasonic motor 70 with the vibration isolating rubber 76 interposed therebetween with the optical axis L as the center. A roller ring 105 is disposed between the output transmission member 104 and the manual ring 103. The roller ring 105 is configured to be rotatable by transmission of driving force from the output transmission member 104 or the manual ring 103. The roller ring 105 has an output key 106 protruding from the end of the lens barrel unit body 101 along the optical axis L. For example, the output key 106 engages with a cam ring (not shown) of the lens barrel 100 and transmits the rotation of the roller ring 105 to the cam ring. The roller ring 105 includes a plurality of roller shafts 107 protruding in the radial direction and wheel-shaped rollers 108 supported by the roller shafts 107.

超音波モータ70の加圧リング75は内周側が鏡筒ユニット本体101とネジ又はバイヨネット構造によって係合する。加圧リング75を鏡筒ユニット本体101周りに回転させることによって光軸Lに沿って移動させ、板バネ74を圧縮する。圧縮された板バネ74は、振動子保持体72をロータ73へ向けて押圧する。これにより、超音波モータ70の振動子30に押圧力が作用し、振動子30における弾性体10の各接触部12が摩擦接触部73aへ加圧接触する。ここで、振動子30のFPC40へ交番電圧が印加されて各突起部11が楕円運動を行うと、摩擦駆動によってロータ73が周方向に駆動されるが、ロータ73へ出力伝達部材104や防振ゴム76を挟んで接触するコロリング105も周方向に移動する。このとき、コロリング105の出力キー106は、係合するカム環を回転させ、レンズ鏡筒のオートフォーカス動作を実現する。なお、超音波モータ70はレンズ鏡筒のオートフォーカス動作だけで無く、レンズ鏡筒のズーム動作の実現に用いられてもよく、さらには、カメラの撮像素子の駆動や手ぶれ補正時のレンズ又は撮像素子の駆動の実現に用いられてもよい。   The pressure ring 75 of the ultrasonic motor 70 is engaged with the lens barrel unit main body 101 by a screw or bayonet structure on the inner peripheral side. The pressure ring 75 is rotated around the lens barrel unit main body 101 to move along the optical axis L, and the leaf spring 74 is compressed. The compressed leaf spring 74 presses the vibrator holder 72 toward the rotor 73. Thereby, a pressing force acts on the vibrator 30 of the ultrasonic motor 70, and each contact portion 12 of the elastic body 10 in the vibrator 30 comes into pressure contact with the friction contact portion 73a. Here, when an alternating voltage is applied to the FPC 40 of the vibrator 30 and each protrusion 11 performs an elliptical motion, the rotor 73 is driven in the circumferential direction by friction drive, but the output transmission member 104 and the vibration proof are driven to the rotor 73. The roller ring 105 in contact with the rubber 76 also moves in the circumferential direction. At this time, the output key 106 of the roller ring 105 rotates the cam ring to be engaged, thereby realizing an autofocus operation of the lens barrel. Note that the ultrasonic motor 70 may be used not only for the autofocus operation of the lens barrel but also for the zoom operation of the lens barrel, and further, the lens or imaging when driving the image sensor of the camera or correcting camera shake. It may be used to realize driving of the element.

超音波モータ70によれば、振動子保持体72において、振動子30が振動子保持リング71の凹部71aに収容されても、圧電素子20の各貫通穴21は振動絶縁部材90を介して外部と通気可能であるため、空隙部18の外部との連通は維持される。したがって、超音波モータ70が適用されるレンズ鏡筒100が、真夏の自動車の中に放置され、若しくは、灼熱の砂漠地帯で使用される等、高温環境に曝されても、熱によって膨張した空隙部18の空気を外部に逃がすことができる。その結果、空隙部18の内圧が上昇するのを防止することができ、振動子30において圧電素子20が弾性体10から剥離するのを防止することができ、もって、レンズ鏡筒100が機能不全に陥るのを防止することができる。   According to the ultrasonic motor 70, even if the vibrator 30 is accommodated in the recess 71 a of the vibrator holding ring 71 in the vibrator holding body 72, each through hole 21 of the piezoelectric element 20 is externally connected via the vibration insulating member 90. Therefore, communication with the outside of the gap 18 is maintained. Therefore, even if the lens barrel 100 to which the ultrasonic motor 70 is applied is left in a mid-summer car or used in a scorching desert area, the void expanded by heat. The air in the portion 18 can be released to the outside. As a result, it is possible to prevent an increase in the internal pressure of the gap portion 18, and it is possible to prevent the piezoelectric element 20 from peeling from the elastic body 10 in the vibrator 30. Can be prevented.

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、貫通穴21は圧電体部22の厚さ方向に関して径が一定であるが、貫通穴21の圧電体部22の厚さ方向に関する径は一定でなくてもよい。具体的には、複数枚の圧電体シート22aを積層して圧電体部22を形成する際、各圧電体シート22aに穿設される穴21aの径を変更してもよい。この場合、径が大きい穴21aを有する圧電体シート22aを圧電体部22の表面の近くに配置し、貫通穴21が圧電体部22の表面(上面、下面)に近くなるに連れて拡径するように、各圧電体シート22aを積層してもよい(図11(A))。これにより、貫通穴21は圧電体部22の厚み中央に向けて縮径するため、第一の電極23や第二の電極24を形成するために塗布された電極材料が貫通穴21の奥深くまで流れ込むのを防止することできる(図11(B))。その結果、第一の電極23と第二の電極24が接触して短絡するのを防止することができる。また、貫通穴21が圧電体部22の表面に近くなるに連れて拡径するので、該貫通穴21が第一の電極23や第二の電極24、さらには、FPC40によって塞がれる可能性を低減することができる。その結果、各空隙部18の外部との連通を確実に維持することができる。なお、図11(A)に示される貫通穴21の断面形状は一例であり、貫通穴21の断面形状はこれに限られない。また、貫通穴21の圧電体部22の厚さ方向に垂直な平面における形状は円形に限られず、四角形等の多角形であってもよい。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary. For example, the through hole 21 has a constant diameter in the thickness direction of the piezoelectric body portion 22, but the diameter of the through hole 21 in the thickness direction of the piezoelectric body portion 22 may not be constant. Specifically, when the piezoelectric body portion 22 is formed by stacking a plurality of piezoelectric sheets 22a, the diameter of the hole 21a formed in each piezoelectric sheet 22a may be changed. In this case, the piezoelectric sheet 22a having the hole 21a having a large diameter is disposed near the surface of the piezoelectric body portion 22, and the diameter is increased as the through hole 21 approaches the surface (upper surface, lower surface) of the piezoelectric body portion 22. As shown, each piezoelectric sheet 22a may be laminated (FIG. 11A). As a result, the diameter of the through hole 21 is reduced toward the center of the thickness of the piezoelectric body portion 22, so that the electrode material applied to form the first electrode 23 and the second electrode 24 is deep into the through hole 21. Inflow can be prevented (FIG. 11B). As a result, the first electrode 23 and the second electrode 24 can be prevented from contacting and short-circuiting. Further, since the diameter of the through hole 21 increases as it approaches the surface of the piezoelectric body portion 22, the through hole 21 may be blocked by the first electrode 23, the second electrode 24, and the FPC 40. Can be reduced. As a result, communication with the outside of each gap 18 can be reliably maintained. In addition, the cross-sectional shape of the through hole 21 shown in FIG. 11A is an example, and the cross-sectional shape of the through hole 21 is not limited to this. Further, the shape of the through hole 21 in the plane perpendicular to the thickness direction of the piezoelectric body portion 22 is not limited to a circle but may be a polygon such as a quadrangle.

また、振動子30では、空隙部18の外部との連通を実現するために、圧電素子20へ貫通穴21を設けたが、各突起部11を厚さ方向に貫通する貫通穴19を弾性体10へ付加的に設けてもよい(図12)。これにより、例えば、振動絶縁部材90が目詰まりを起こして通気性を失い、圧電素子20の貫通穴21による空隙部18の外部との連通を維持できなくなっても、弾性体10の貫通穴19によって空隙部18の外部との連通を維持することができる。   Further, in the vibrator 30, in order to realize communication with the outside of the gap portion 18, the through hole 21 is provided in the piezoelectric element 20, but the through hole 19 that penetrates each projection portion 11 in the thickness direction is provided as an elastic body. 10 may be additionally provided (FIG. 12). Thereby, for example, even if the vibration insulating member 90 is clogged and loses air permeability, and the through hole 21 of the piezoelectric element 20 cannot maintain communication with the outside of the gap portion 18, the through hole 19 of the elastic body 10 can be maintained. Thus, communication with the outside of the gap 18 can be maintained.

振動子30が比較的小型である場合、弾性体10と圧電素子20の接合面積を確保するために、圧電素子20における弾性体10との対向面へ、各突起部11に対応する部分を除き、全面的に接着剤が塗布されて弾性体10と接合されることが好ましい。しかしながら、振動子30が比較的大型である場合、弾性体10と圧電素子20の接合面積に余裕が生じるため、圧電素子20の対向面へ故意に接着剤を塗布しない領域を設けてもよい。これにより、弾性体10と圧電素子20が接合されない部分(未接合部分)が生じ、振動子30において振動が励起される際、未接合部分において圧電素子20を弾性体10から一時的に離間させることができる。すなわち、圧電素子20と弾性体10の間において部分的に口開きを発生させ、該口開きを介して空隙部18を外部と連通させることができる。したがって、圧電素子20に貫通穴21を設けなくても、空隙部18の空気を外部に逃がすことができ、空隙部18の内圧が上昇するのを防止することができる。なお、振動子30において、上述した未接合部分と貫通穴21を併用してもよい。   When the vibrator 30 is relatively small, in order to ensure a bonding area between the elastic body 10 and the piezoelectric element 20, a portion corresponding to each protrusion 11 is removed from the surface of the piezoelectric element 20 facing the elastic body 10. It is preferable that an adhesive is applied over the entire surface and bonded to the elastic body 10. However, when the vibrator 30 is relatively large, there is a margin in the bonding area between the elastic body 10 and the piezoelectric element 20, and thus a region where the adhesive is not intentionally applied to the opposing surface of the piezoelectric element 20 may be provided. Thereby, a portion where the elastic body 10 and the piezoelectric element 20 are not joined (unjoined portion) is generated, and when vibration is excited in the vibrator 30, the piezoelectric element 20 is temporarily separated from the elastic body 10 in the unjoined portion. be able to. That is, it is possible to partially generate a mouth opening between the piezoelectric element 20 and the elastic body 10 and to communicate the gap portion 18 with the outside through the mouth opening. Therefore, even if the through hole 21 is not provided in the piezoelectric element 20, the air in the gap portion 18 can be released to the outside, and the internal pressure of the gap portion 18 can be prevented from increasing. In the vibrator 30, the unjoined portion and the through hole 21 may be used in combination.

また、弾性体10において各突起部11と中央部13の両側縁部とを繋ぐ溝31を、プレス加工を通じて各突起部11と一体的に形成してもよい。なお、溝31は各突起部11に関して対称に形成されることが好ましい。その後、圧電素子20を弾性体10に接合したとき、図13に示すように、溝31の内側は圧電素子20と接合されないため、弾性体10と圧電素子20が接触しない領域を形成する。この領域は空隙部18から中央部13の両側縁部まで伸び、空隙部18を外部と連通させる連通経路32として機能する。これにより、圧電素子20に貫通穴21を設けなくても、空隙部18の空気を外部に逃がすことができ、空隙部18の内圧が上昇するのを防止することができる。なお、振動子30において、上述した溝31(連通経路32)と貫通穴21を併用してもよい。また、弾性体10では、2つの支持部14が中央部13の両端から長手方向に延出しているが、支持部14の形態はこれに限らず、例えば、短手方向に延出していてもよい。   Further, in the elastic body 10, the grooves 31 that connect the protrusions 11 and both side edges of the central portion 13 may be formed integrally with the protrusions 11 through press working. The grooves 31 are preferably formed symmetrically with respect to the protrusions 11. Thereafter, when the piezoelectric element 20 is joined to the elastic body 10, as shown in FIG. 13, since the inside of the groove 31 is not joined to the piezoelectric element 20, a region where the elastic body 10 and the piezoelectric element 20 do not contact is formed. This region extends from the gap portion 18 to both side edges of the central portion 13 and functions as a communication path 32 that allows the gap portion 18 to communicate with the outside. Thereby, even if it does not provide the through-hole 21 in the piezoelectric element 20, the air of the space | gap part 18 can be escaped outside, and it can prevent that the internal pressure of the space | gap part 18 rises. In the vibrator 30, the groove 31 (communication path 32) and the through hole 21 may be used in combination. Moreover, in the elastic body 10, although the two support parts 14 are extended in the longitudinal direction from the both ends of the center part 13, the form of the support part 14 is not restricted to this, For example, even if it extends in a transversal direction Good.

10 弾性体
11 突起部
12 接触部
18 空隙部
20 圧電素子
21 貫通穴
21a 穴
22a 圧電体シート
30 振動子
40 FPC
41 開口部
70 超音波モータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Elastic body 11 Protrusion part 12 Contact part 18 Cavity part 20 Piezoelectric element 21 Through hole 21a Hole 22a Piezoelectric sheet 30 Vibrator 40 FPC
41 opening 70 ultrasonic motor

Claims (12)

突起部を有する弾性体と、
前記弾性体の1つの面と接触している電気−機械エネルギー変換素子と、を備え、
前記電気−機械エネルギー変換素子と前記突起部の間に空隙部が形成され、
前記電気−機械エネルギー変換素子は、前記電気−機械エネルギー変換素子を貫通する貫通穴を有することを特徴とする振動子。
An elastic body having a protrusion;
An electro-mechanical energy conversion element in contact with one surface of the elastic body,
A gap is formed between the electromechanical energy conversion element and the protrusion,
The electro-mechanical energy conversion element has a through-hole penetrating the electro-mechanical energy conversion element.
前記電気−機械エネルギー変換素子には給電体が接合され、前記給電体は前記貫通穴と重なる位置に開口部が設けられていることを特徴とする請求項1記載の振動子。   The vibrator according to claim 1, wherein a power feeder is joined to the electro-mechanical energy conversion element, and the power feeder is provided with an opening at a position overlapping the through hole. 前記貫通穴は、前記空隙部と外部を連通させることを特徴とする請求項1又は2記載の振動子。   The vibrator according to claim 1, wherein the through hole communicates the gap with the outside. 前記貫通穴は、前記電気−機械エネルギー変換素子を前記1つの面に対して垂直な方向に貫通することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の振動子。   4. The vibrator according to claim 1, wherein the through hole penetrates the electro-mechanical energy conversion element in a direction perpendicular to the one surface. 5. 振動子であって、
突起部を有する弾性体と、
前記弾性体の1つの面と接触している電気−機械エネルギー変換素子と、を備え、
前記電気−機械エネルギー変換素子と前記突起部の間に空隙部が形成され、
前記弾性体と前記電気−機械エネルギー変換素子が接触しない領域であって、前記空隙部から前記振動子の端部まで伸びている前記領域を有することを特徴とする振動子。
A vibrator,
An elastic body having a protrusion;
An electro-mechanical energy conversion element in contact with one surface of the elastic body,
A gap is formed between the electromechanical energy conversion element and the protrusion,
A vibrator having a region where the elastic body and the electro-mechanical energy conversion element do not contact with each other and extending from the gap to an end of the vibrator.
前記領域は、前記空隙部と外部を連通させることを特徴とする請求項5記載の振動子。   The vibrator according to claim 5, wherein the region communicates the gap with the outside. 前記弾性体は溝を有し、
前記溝と前記電気−機械エネルギー変換素子の間に前記領域が形成されることを特徴とする請求項5又は6記載の振動子。
The elastic body has a groove;
The vibrator according to claim 5, wherein the region is formed between the groove and the electro-mechanical energy conversion element.
前記突起部は、前記弾性体における前記電気−機械エネルギー変換素子と接触する側と反対側に突出することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の振動子。   The vibrator according to claim 1, wherein the protrusion protrudes on a side opposite to a side of the elastic body that contacts the electro-mechanical energy conversion element. 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の振動子と、前記振動子の前記弾性体に加圧接触する被駆動体とを備えることを特徴とする超音波モータ。   An ultrasonic motor comprising: the vibrator according to claim 1; and a driven body that is in pressure contact with the elastic body of the vibrator. 電気−機械エネルギー変換素子と、部分的に形成された窪みを有する弾性体とを備える振動子の製造方法であって、
複数の圧電体薄膜を積層して前記電気−機械エネルギー変換素子を形成する第1の工程と、
前記形成された前記電気−機械エネルギー変換素子及び前記弾性体を接合する第2の工程と、を有し、
前記第1の工程では、各前記圧電体薄膜に形成された穴が重なるように各前記圧電体薄膜を積層して前記電気−機械エネルギー変換素子に貫通穴を形成し、
前記第2の工程では、前記貫通穴を、前記電気−機械エネルギー変換素子及び前記弾性体が接合されるときに生じる前記窪みの内側に密閉された空隙部に対向させて前記空隙部を外部と連通させることを特徴とする振動子の製造方法。
A method of manufacturing a vibrator comprising an electro-mechanical energy conversion element and an elastic body having a partially formed depression,
A first step of laminating a plurality of piezoelectric thin films to form the electromechanical energy conversion element;
A second step of joining the formed electro-mechanical energy conversion element and the elastic body,
In the first step, the piezoelectric thin films are laminated so that the holes formed in the piezoelectric thin films overlap to form through holes in the electromechanical energy conversion element,
In the second step, the through hole is made to face the air gap sealed inside the hollow that is formed when the electromechanical energy conversion element and the elastic body are joined, and the air gap is made outside. A method of manufacturing a vibrator, wherein the vibrator is communicated.
前記第1の工程では、前記電気−機械エネルギー変換素子の表面に近いほど、前記貫通穴の直径が大きくなるように、各前記圧電体薄膜を積層することを特徴とする請求項10記載の振動子の製造方法。   11. The vibration according to claim 10, wherein in the first step, the piezoelectric thin films are stacked such that the diameter of the through hole becomes larger as the surface of the electro-mechanical energy conversion element is closer. Child manufacturing method. 前記貫通穴の連通を維持するように、前記電気−機械エネルギー変換素子に給電体を接合する第3の工程をさらに有することを特徴とする請求項10又は11記載の振動子の製造方法。
The method for manufacturing a vibrator according to claim 10, further comprising a third step of joining a power feeder to the electro-mechanical energy conversion element so as to maintain communication of the through hole.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113339438A (en) * 2021-06-22 2021-09-03 天津大学 Quasi-zero phononic crystal vibration isolation device capable of actively controlling multi-directional vibration isolation
CN113446342A (en) * 2021-05-27 2021-09-28 天津大学 Quasi-zero rigid elastic wave metamaterial vibration isolation device with active regulation and control function
WO2021210366A1 (en) * 2020-04-13 2021-10-21 キヤノン株式会社 Vibration wave motor and electronic devcie equipped with same

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