振動波驅(qū)動裝置、振動波馬達用定子、振動波馬達、驅(qū)動控制系統(tǒng)、光學設(shè)備及振動波驅(qū)動 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及振動波驅(qū)動裝置、振動波馬達用定子、振動波馬達、驅(qū)動控制系統(tǒng)、光 學設(shè)備及振動波驅(qū)動裝置的制造方法。具體地，本發(fā)明設(shè)及向例如環(huán)形振動波馬達的電極 供給電力的饋電構(gòu)件，在環(huán)形振動波馬達中電氣-機械能量轉(zhuǎn)換元件被用來在振動構(gòu)件中 激勵振動并且結(jié)果產(chǎn)生的振動能量被用來生成驅(qū)動力。
【背景技術(shù)】
[0002] 振動（振動波）致動器包括當諸如交變電壓的電信號施加到諸如壓電元件的電 氣-機械能量轉(zhuǎn)換元件時向環(huán)形、長方形或桿形的彈性構(gòu)件激勵驅(qū)動振動的振動器。作為 振動致動器的例子，提出了振動波馬達，其中振動器相對于與振動器壓力接觸的彈性構(gòu)件 移動。
[0003] 現(xiàn)在，示意性地描述環(huán)形振動波驅(qū)動裝置、振動波馬達用定子、振動波馬達和驅(qū)動 控制系統(tǒng)。環(huán)形振動波馬達包括具有內(nèi)直徑和外直徑的環(huán)形壓電元件，使得整個圓周長度 等于某個長度A的整數(shù)倍。壓電元件包括兩個驅(qū)動區(qū)域（驅(qū)動相），每個驅(qū)動區(qū)域沿環(huán)形 方向具有等于A/2的整數(shù)倍的圓周長度。運兩個驅(qū)動相經(jīng)歷沿環(huán)形方向WA/2節(jié)距逆轉(zhuǎn) 極性的極化處理。因此，當相同方向的電壓被施加到驅(qū)動相時，由于逆壓電效果，驅(qū)動相中 的壓電元件可W沿環(huán)形方向?qū)γ總€A/2節(jié)距交替逆轉(zhuǎn)伸縮。
[0004] 兩個驅(qū)動相布置成使得把非驅(qū)動區(qū)域夾在中間，其中非驅(qū)動區(qū)域沿環(huán)形方向具有 等于A/4的奇數(shù)倍的圓周長度。在非驅(qū)動區(qū)域中，壓電元件不經(jīng)歷極化，壓電元件不被施 W電壓，或者壓電元件經(jīng)歷了防止電壓被有效施加到其的處理。因此，非驅(qū)動區(qū)域中的壓電 元件不能主動伸縮。
[0005] 非驅(qū)動區(qū)域可W包括用于檢測壓電材料的振動狀態(tài)的檢測相（檢測區(qū)域）。在檢 測相中，壓電元件經(jīng)歷了極化處理。因此，當應(yīng)變由于外力而在檢測相中的壓電元件中生成 時，由于正壓電效果，檢測相中的壓電元件輸出與該應(yīng)變量相符的電壓。
[0006] 振動波驅(qū)動裝置是通過向壓電元件的驅(qū)動相提供用于電力供給的電氣配線并且 向壓電元件的檢測相提供用于電壓檢測的電氣配線來獲得的。由彈性構(gòu)件形成的膜片被粘 結(jié)到振動波驅(qū)動裝置，W獲得振動波馬達用定子。作為電氣配線，通常使用作為集成的饋電 構(gòu)件的柔性印制板。
[0007] 在振動波馬達用定子中，當具有作為振動波馬達用定子的固有頻率的頻率的交變 電壓施加到環(huán)形壓電元件的僅一個驅(qū)動相時，具有波長A的駐波沿環(huán)形方向跨膜片的整 個圓周在膜片中生成。另外，當類似的交變電壓施加到僅另一個驅(qū)動相時，具有波長A的 駐波類似地沿環(huán)形方向跨膜片的整個圓周在膜片中生成。另外，由兩個驅(qū)動相生成的駐波 的節(jié)點的位置沿膜片的環(huán)形方向彼此偏移A/4。
[0008] 每個都具有作為振動波馬達用定子的固有頻率的頻率的交變電壓W運樣一種方 式被施加到振動波馬達用定子的兩個驅(qū)動相，所述方式即頻率相同而時間相位差為n/2。 于是，由于兩個驅(qū)動相的駐波的合成，在環(huán)形方向行進的具有波長A的行進波在膜片中生 成。
[0009] 此時，當關(guān)注膜片的表面（振動波驅(qū)動裝置未粘結(jié)到其上的表面）的某個點時，一 種楠圓運動在膜片的該表面上發(fā)生。運種楠圓運動沿環(huán)形方向在膜片的所有位置發(fā)生，并 且由此與膜片表面保持接觸的物體可W沿膜片的環(huán)形方向移動。另外，當要施加到兩個驅(qū) 動相的交變電壓的時間相位差切換成-n/2時，物體移動方向逆轉(zhuǎn)。
[0010] 通過讓被稱為轉(zhuǎn)子的環(huán)形彈性構(gòu)件與振動波馬達用定子的膜片的表面壓力接觸， 獲得振動波馬達。要施加到環(huán)形壓電元件的兩個驅(qū)動相的交變電壓的時間相位差的正或負 符號被切換，并且交變電壓的量值（magnitude)和交變電壓的頻率被精細地調(diào)整。W運種 方式，期望的行進波可W在振動波馬達用定子中生成，從而改變轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向、扭矩和旋 轉(zhuǎn)速度。
[0011] 通過把驅(qū)動電路連接到振動波馬達，獲得驅(qū)動控制系統(tǒng)。驅(qū)動電路包括用于比較 兩個交變電壓的相位的相位比較器，W便基于該結(jié)果輸出作為電壓值的相位信息。例如，當 振動波馬達被驅(qū)動時，從檢測相輸出的交變電壓和施加到驅(qū)動相的交變電壓被輸入到相位 比較器。然后，基于從相位比較器輸出的相位差信息，可W知道離共振狀態(tài)的偏差。要施加 到驅(qū)動相的電信號是基于運個信息確定的，W生成期望的行進波。W運種方式，超聲波馬達 的旋轉(zhuǎn)速度得W控制。
[0012] 另外，作為運種環(huán)形振動致動器，已知在PTL1中公開的振動致動器。
[0013] 在PTL1中公開的超聲波馬達是環(huán)形振動波馬達，包括作為振動波馬達用定子的 致動器，W及作為被稱為轉(zhuǎn)子的環(huán)形彈性構(gòu)件的移動元件，其中振動器是通過將作為膜片 的彈性構(gòu)件粘結(jié)到振動波驅(qū)動裝置來獲得的，其中作為饋電構(gòu)件的柔性印制板被提供給作 為壓電元件的壓電主體。
[0014] 壓電主體包括作為A-相共用電極的A-相電極、作為B-相共用電極的B-相電極 W及用于接地的電極。柔性印制板包括A-相信號線和B-相信號線，運些是用于向驅(qū)動相 供給電力的電氣配線，W及接地信號線。每根信號線包括地面部分（暴露部分）。柔性印 制板的A-相信號線、B-相信號線和接地信號線分別在各自的地面部分連接到壓電主體的 A-相電極、B-相電極和接地電極。
[001引另外，在A-相電極、B-相電極和用于接地的電極在其上形成的壓電主體的表面上W及在其跨壓電材料的相對側(cè)的表面上，形成接地電極（未示出）。接地電極是電連接到 彈性構(gòu)件的共用電極，從而通過彈性構(gòu)件的中介維持壓電主體的接地電極的表面至接地電 位。接地電極通過彈性構(gòu)件的中介電連接到用于接地的電極。
[0016] 用于接地的電極在壓電主體的A-相電極和B-相電極之間提供。如在PTL1中所 公開的，對應(yīng)于A/4波長的間隔在作為驅(qū)動相的A相和B相之間提供。目P，包括用于接地 的電極的壓電主體的區(qū)域是沿環(huán)形方向具有A/4圓周長度的非驅(qū)動區(qū)域。用于接地的電 極和接地電極通過彈性構(gòu)件的中介彼此連接，并且由此在用于接地的電極和接地電極之間 的壓電主體不被有效地施W電壓。
[0017] 另外，作為運種環(huán)形振動致動器，已知在PTL2中公開的振動致動器。
[0018] 在PTL2中公開的超聲波馬達是包括振動波馬達的轉(zhuǎn)子和定子的振動波馬達， 運是通過將作為膜片的金屬彈性構(gòu)件2粘結(jié)到振動波驅(qū)動裝置來獲得的，其中鉛線（lead line)和作為饋電構(gòu)件的微調(diào)電阻器被提供給具有極化部分（P化2的壓電元件15、16和 17)和未極化部分（PTL2的壓電元件14)的壓電元件。
[0019] 壓電元件的驅(qū)動相電極（P化2的壓電元件15和16)分別連接到作為饋電構(gòu)件的 微調(diào)電阻器，并且微調(diào)電阻器分別連接到鉛線。
[0020] 在運種情況下，微調(diào)電阻器在PTL2中的圖2的等效電路中由Ra和化表示。微調(diào) 電阻器每個都是通過混合陶瓷和金屬所獲得的薄膜電阻器，并且每個都是可W被激光束切 割的可變電阻器。另外，如PTL2的圖3中所示，電阻值依賴于溫度而變，并且大于IOOQ。
[0021] 在驅(qū)動相電極在其上形成的壓電元件（P化2的壓電元件15和16)的表面上W及 在其跨壓電主體的相對側(cè)的表面上，形成全表面電極（未示出）。全表面電極是電連接到金 屬彈性構(gòu)件的共用電極，從而通過其中屯、部分維持金屬彈性構(gòu)件至接地電位。另外，壓電元 件（P化2的壓電元件17)包括監(jiān)視電極，并且壓電元件（P化2的壓電元件17)的振動狀 態(tài)可W通過用共用電極夾住壓電主體來檢測。
[0022] 旨P，在PTL2中所公開的超聲波馬達中，壓電元件（P化2的壓電元件15和16)變 成驅(qū)動相，而另一個壓電元件（PTL2的壓電元件17)變成在非驅(qū)動區(qū)域中提供的檢測相。 另外，未極化的壓電元件（PTL2的壓電元件14)也變成非驅(qū)動區(qū)域。鑒于環(huán)形振動波馬達 的驅(qū)動原理和PTL2的圖1，壓電元件的非驅(qū)動區(qū)域（在PTL2中壓電元件14布置在其中 的區(qū)域）沿環(huán)形方向具有3A/4圓周長度。另外，壓電元件的非驅(qū)動區(qū)域（在PTL2中壓 電元件17布置在其中的區(qū)域）沿環(huán)形方向具有A/4圓周長度。
[0023] 引用列表
[0024] 專利文獻
[00巧]P化1 :日本專利申請?zhí)卦S公開號2005-210860
[0026] P化2 :日本專利申請?zhí)卦S公開號冊3-285575

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027] 技術(shù)問題
[002引同時，近年來，在振動致動器中要求更高性能、更高質(zhì)量和更低成本。饋電構(gòu)件是 抑制振動致動器的振動的一個因素。在諸如環(huán)形振動波馬達的相關(guān)領(lǐng)域振動致動器中，用 于向驅(qū)動相供給電力的電氣配線通過饋電構(gòu)件的中介被直接連接到驅(qū)動相電極。因此，壓 電元件被禁止自發(fā)地伸縮，并且因此振動致動器的振動被抑制。尤其是在近年來，為了降低 成本和提高質(zhì)量，柔性印制板被用作振動致動器的饋電構(gòu)件。但是，在諸如環(huán)形振動波馬達 的相關(guān)領(lǐng)域振動致動器中，饋電構(gòu)件跨不僅包括非驅(qū)動區(qū)域而且包括兩個驅(qū)動相的部分的 寬區(qū)域被粘結(jié)。因此，不僅振動致動器的性能降低而且由于性能波動造成的質(zhì)量下降W及 饋電構(gòu)件的成本增加都變成問題。
[0029] 本發(fā)明是鑒于W上提到的問題實現(xiàn)的，并且致力于提供振動波驅(qū)動裝置、振動波 馬達用定子、振動波馬達、驅(qū)動控制系統(tǒng)、光學設(shè)備W及振動波驅(qū)動裝置的制造方法，運些 能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)形振動致動器的更高性能、更高質(zhì)量和更低成本，而不限制壓電元件的主動伸 縮，不像相關(guān)領(lǐng)域中那樣。
[0030] 對問題的解決辦法
[0031] 為了解決W上提到的問題，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了振動波驅(qū)動裝置，包括： 環(huán)形壓電元件，包括一片式壓電材料和被提供成夾住該一片式壓電材料的多個電極，該環(huán) 形壓電元件被配置為由波長為A的行進波振動；W及饋電構(gòu)件，至少包括用于向環(huán)形壓電 元件供給電力的電氣配線，該饋電構(gòu)件在環(huán)形壓電元件的第一表面上提供，其中環(huán)形壓電 元件包括至少兩個驅(qū)動區(qū)域W及布置在至少兩個驅(qū)動區(qū)域當中兩個之間并且具有nA/4 的平均環(huán)形長度的非驅(qū)動區(qū)域，其中n是奇數(shù)，并且其中在第一表面上提供的至少一個電 極跨非驅(qū)動區(qū)域和所述至少兩個驅(qū)動區(qū)域中的相應(yīng)一個布置，并且只在非驅(qū)動區(qū)域中電連 接到饋電構(gòu)件。
[0032] 為了解決W上提到的問題，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了振動波馬達用定子，至 少包括上提到的振動波驅(qū)動裝置；W及在環(huán)形壓電元件的至少一個電極表面上提供的 胺片。
[0033] 為了解決W上提到的問題，根據(jù)本發(fā)明的還有另一方面，提供了振動波馬達，至少 包括：W上提到的振動波馬達用定子；W及與膜片的振動表面接觸提供的轉(zhuǎn)子。
[0034] 為了解決W上提到的問題，根據(jù)本發(fā)明的還有另一方面，提供了驅(qū)動控制系統(tǒng)，至 少包括通過饋電構(gòu)件的中介電連接到W上提到的振動波馬達的驅(qū)動電路。
[0035] 為了解決W上提到的問題，根據(jù)本發(fā)明的還有另一方面，提供了光學設(shè)備，包括W 上提到的驅(qū)動控制系統(tǒng)。
[0036] 為了解決W上提到的問題，根據(jù)本發(fā)明的還有另一方面，提供了制造W上提到的 振動波驅(qū)動裝置的方法，該方法包括：在至少兩個驅(qū)動區(qū)域當中每一個的第一表面上提供 極化電極，在非驅(qū)動區(qū)域中的第一表面上提供驅(qū)動相電力供給電極，并且在第二表面上提 供共用電極；向極化電極施加電壓，W便使一片式壓電材料經(jīng)歷極化處理；跨極化電極和 驅(qū)動相電力供給電極提供連接電極；并且只在非驅(qū)動區(qū)域中將驅(qū)動相電力供給電極和饋電 構(gòu)件彼此連接。
[0037] 參照附圖，本發(fā)明的更多特征將從W下對示例實施例的描述變得清楚。
【附圖說明】
[0038] 圖1A、圖IB和圖IC是示出根據(jù)本發(fā)明一種實施例的振動波馬達用定子的示意圖。
[0039] 圖2A、圖2B和圖2C是示出根據(jù)本發(fā)明一種實施例的振動波驅(qū)動裝置的示意圖。
[0040] 圖3A、圖3B和圖3C是示出根據(jù)本發(fā)明一種實施例的振動波驅(qū)動裝置的壓電元件 的不意圖。
[0041] 圖4A和圖4B是示出在本發(fā)明中使用的壓電元件的驅(qū)動區(qū)域中伸縮極性的示意 圖。
[0042] 圖5A、圖甜、圖5C和圖5D是W放大的方式示出本發(fā)明的振動波馬達用定子的非 驅(qū)動區(qū)域附近的示意圖。
[0043] 圖6A和圖6B是示出本發(fā)明的振動波馬達的配置的示意圖。
[0044] 圖7是示出根據(jù)本發(fā)明一種實施例的驅(qū)動控制系統(tǒng)的電路的示意圖。
[0045] 圖8A和圖8B是示出根據(jù)本發(fā)明一種實施例的光學設(shè)備的示意圖。
[0046] 圖9是示出根據(jù)本發(fā)明一種實施例的光學設(shè)備的示意圖。
[0047] 圖10A、圖10B、圖10C、圖IOD和圖IOE是示出本發(fā)明的振動波馬達用定子的制造 方法的例子的示意性過程圖。
[004引圖llA、圖IIB、圖lie、圖IlD和圖IlE是示出根據(jù)比較例I的振動波馬達用定子 的制造方法的例子的示意性過程圖。
【具體實施方式】
[0049] 現(xiàn)在，描述本發(fā)明的示例性實施例。
[0050] 本發(fā)明的振動波驅(qū)動裝置具有包括W下的特征：環(huán)形壓電元件，包括一片式壓電 材料和被提供成夾住該一片式壓電材料的多個電極，該環(huán)形壓電元件被配置為由波長為入 的行進波振動；W及饋電構(gòu)件，至少包括用于向環(huán)形壓電元件供給電力的電氣配線，該饋電 構(gòu)件在環(huán)形壓電元件的第一表面上提供，其中，環(huán)形壓電元件至少包括兩個驅(qū)動區(qū)域W及 布置在至少兩個驅(qū)動區(qū)域當中兩個之間并且具有nA/4的平均環(huán)形長度的非驅(qū)動區(qū)域，其 中n是奇數(shù)，并且其中在第一表面上提供的至少一個電極跨非驅(qū)動區(qū)域和至少兩個驅(qū)動區(qū) 域中相應(yīng)的一個布置，并且只在非驅(qū)動區(qū)域中電連接到饋電構(gòu)件。
[0051] 圖IAUB和IC是示出根據(jù)本發(fā)明一種實施例的振動波馬達用定子30的示意圖。 圖IA是本發(fā)明的振動波馬達用定子30的一個表面的示意性平面圖，圖IB是沿圖IA的線 A-A取得的振動波馬達用定子30的截面圖，而圖IC是跨本發(fā)明的振動波馬達用定子30的 壓電元件20的圖IA中所示表面的相對側(cè)的表面的示意性平面圖。
[0052] 圖2A、2B和2C是示出根據(jù)本發(fā)明一種實施例的振動波驅(qū)動裝置25的示意圖。圖 2A是本發(fā)明的振動波驅(qū)動裝置25的一個表面的示意性平面圖，圖2B是沿圖2A的線B-B取 得的振動波驅(qū)動裝置25的截面圖，而圖2C是跨本發(fā)明的振動波驅(qū)動裝置25的壓電元件20 的圖2A中所示表面的相對側(cè)的表面的示意性平面圖。
[0053] 圖3A、3B和3C是示出根據(jù)本發(fā)明一種實施例的振動波驅(qū)動裝置25的壓電元件20 的示意圖。圖3A是壓電元件20的第一表面的示意性平面圖，圖3B是沿圖3A的線C-C取得 的壓電元件20的截面圖，而圖3C是跨壓電材料1的圖3A中所示表面相對側(cè)的表面（即， 壓電元件20的第二表面）的示意性平面圖。
[0054] 如圖IA至IC中所示，本發(fā)明的振動波馬達用定子30包括振動波驅(qū)動裝置25、膜 片9和短路配線10。膜片9由彈性構(gòu)件形成，并且優(yōu)選地（但不限于）是導(dǎo)體。膜片具有 在與壓電元件保持接觸的表面相對的側(cè)的振動表面。另外，如圖2A至2C中所示，本發(fā)明的 振動波驅(qū)動裝置25包括壓電元件20W及至少包括用于向壓電元件20供給電力的電氣配 線8a和絕緣體8b的饋電構(gòu)件8,饋電構(gòu)件8在壓電元件20的第一表面上提供。應(yīng)當注意 的是，如圖IB中所示，膜片9在與第一表面相對的壓電元件20的表面（即，壓電元件20的 第二表面）上提供。另外，如圖3A和3C中所示，在本發(fā)明中使用的壓電元件20在環(huán)形圓 周方向上包括兩個驅(qū)動區(qū)域15和16W及兩個非驅(qū)動區(qū)域17和18。
[0055] 另外，在本發(fā)明中使用的壓電元件20包括，例如，具有0.Imm至2.Omm厚度的基本 均勻的環(huán)形一片式壓電材料1W及被提供成夾住壓電材料1的多個電極。在多個電極中， 驅(qū)動相電極3在壓電元件20的第一表面上提供，并且跨驅(qū)動區(qū)域15和非驅(qū)動區(qū)域17布 置。類似地，驅(qū)動相電極4在壓電元件20的第一表面上提供，并且跨驅(qū)動區(qū)域16和非驅(qū)動 區(qū)域17布置。兩個接地電極5布置在非驅(qū)動區(qū)域17中，從而在環(huán)形方向上與驅(qū)動相電極 3和驅(qū)動相電極4相鄰。接地電極6布置在非驅(qū)動區(qū)域18中，從而被夾在驅(qū)動相電極3和 驅(qū)動相電極4之間。檢測相電極7布置在非驅(qū)動區(qū)域17中，從而被夾在兩個接地電極5之 間。另外，如圖3C中所示，在本發(fā)明的多個電極中，共用電極2在壓電元件20的第二表面 上提供，并且跨驅(qū)動區(qū)域15和16W及非驅(qū)動區(qū)域17和18W環(huán)形形狀布置。
[0056] 另外，如圖2A中所示，驅(qū)動相電極3和4只在非驅(qū)動區(qū)域17中電連接到饋電構(gòu)件 8的電氣配線8a，而在驅(qū)動區(qū)域15和16中不電連接到電氣配線8a。另外，驅(qū)動相電極3和 4只在非驅(qū)動區(qū)域17中物理粘結(jié)到饋電構(gòu)件8的絕緣體8b，而在驅(qū)動區(qū)域15和16中不物 理粘結(jié)到絕緣體8b。
[0057] 在本發(fā)明的振動波驅(qū)動裝置25中，例如，共用電極2被維持至接地電化并且電力 經(jīng)由饋電構(gòu)件8的電氣配線8a供給驅(qū)動相電極3和4,由此向壓