用于振动波电机的压电振动器制造技术

本发明专利技术公开了一种由非铅基压电材料制成的振动器，其能够以低功耗在足够的速度下被驱动，尤其用于振动波电机，所述振动器包括：压电元件(101)，所述压电元件包括具有电极(1、2)的压电材料(3)；以及弹性体(5)，其中，在所述压电材料中包含的Pb组分小于1000ppm，并且振动模式A和B具有谐振频率fA和fB，其在所述弹性体中产生波前彼此相交的振动波，满足|fB‑fA|>2kHz，优选地(Ba,Ca)(Ti,Zr)O3基的矩形振动器具有两种具有垂直节线的面外弯曲模式。

Piezoelectric Vibrator for Vibration Wave Motor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于振动波电机的压电振动器
本专利技术涉及一种振动器，并且本专利技术还涉及各自使用所述振动器的振动波驱动装置、振动波电机和电子装置。
技术介绍
最近，电子装置的尺寸减小和能力的改进已取得进步，并且还已要求超声电机具有更小的尺寸并且以更低的功耗在更高的速度下操作。PTL1公开了一种超声电机，所述超声电机采用包括矩形振动板和压电元件的振动器，并且是以两种振动模式(即，正常振动和进给振动)的组合而被驱动的。通常基于锆钛酸铅(PZT)的材料用作用在振动器中的压电陶瓷。这些材料在ABO3型钙钛矿金属氧化物的A位点处包含大量铅，因此对环境的影响被认为是一个问题。为了解决该问题，提出了使用不包含铅(或者含铅量小于1000ppm)的钙钛矿金属氧化物的压电陶瓷。PTL2公开了一种压电陶瓷，在所述压电陶瓷中，通过用钙(Ca)替换钛酸钡的A位点的部分并且用锆(Zr)替换B位点的部分来改进压电特性。引用列表专利文献PTL1：日本专利特开No.2012-231622PTL2：日本专利特开No.2009-215111
技术实现思路
然而，难以用PTL2中公开的非铅基压电陶瓷直接地替换用在PTL1中公开的超声电机中的铅基压电陶瓷。换句话说，这样的替换引起如下问题：电机速度降低并且驱动期间的功耗(即，例如在0.2m/s的恒定速度下的输入功率)增加。原因大概如下。所述铅基压电陶瓷和所述非铅基压电陶瓷在密度和杨氏模量方面彼此不同。因此，即使当在使用所述铅基压电陶瓷的情况下令人满意地驱动振动器时，在使用所述非铅基压电陶瓷的情况下同一振动器的驱动性能也会降低。为了处理上面提到的问题，本专利技术提供一种振动器，即使利用所述非铅基压电陶瓷，所述振动器也具有小尺寸并且以低功耗在高速度下操作。本专利技术进一步提供各自使用所述振动器的振动波驱动装置、振动波电机和电子装置。为此，本专利技术提供一种振动器，所述振动器包括：压电元件，所述压电元件包括压电材料和电极；以及弹性体，其中，包含在所述压电材料中的Pb成分小于1000ppm，并且振动模式A下的谐振频率fA和振动模式B下的谐振频率fB满足(fB-fA)的绝对值>2(kHz)的关系，所述振动模式A和所述振动模式B在所述弹性体中产生振动波，其中所述振动波的波前彼此相交。根据本专利技术，不仅使用所述非铅基压电陶瓷的所述振动器、而且各自使用所述振动器的振动波驱动装置、振动波电机和光学装置均能够各自以低功耗在足够的速度下被驱动。参考附图，本专利技术的另外的特征将从示例性实施例的以下描述中变得显而易见。附图说明[图1A]图1A是图示根据本专利技术的振动器的实施例的示意图。[图1B]图1B是图示根据本专利技术的振动器的实施例的示意图。[图2A]图2A是图示根据本专利技术的振动器中的两种面外振动模式的一个示例的示意图。[图2B]图2B是图示根据本专利技术的振动器中的两种面外振动模式的另一个示例的示意图。[图3A]图3A是参考来说明根据本专利技术的振动器中的节线和腹线的面内分布的示意图。[图3B]图3B是参考来说明根据本专利技术的振动器中的节线和腹线的面内分布的示意图。[图3C]图3C是参考来说明根据本专利技术的振动器中的节线和腹线的面内分布的示意图。[图4A]图4A是图示根据本专利技术的振动器的实施例的示意图。[图4B]图4B是图示根据本专利技术的振动器的实施例的示意图。[图5]图5是图示根据本专利技术的振动波驱动装置的实施例的示意图。[图6]图6是图示根据本专利技术的振动波电机的实施例的示意图。[图7]图7是图示使用根据本专利技术的制造方法来制造的光学装置的实施例的示意图。具体实施方式将在下面描述根据本专利技术的振动器、振动波驱动装置、振动波电机和电子装置的实施例。根据本专利技术的振动器包括：压电元件，所述压电元件包括压电材料和电极；以及弹性体，其中，包含在所述压电材料中的Pb组分小于1000ppm，并且振动模式A下的谐振频率fA和振动模式B下的谐振频率fB满足(fB-fA)的绝对值>2(kHz)的关系，所述振动模式A和所述振动模式B在所述弹性体中产生振动波，其中所述振动波的波前彼此相交。当满足上面提到的条件时，可以以低功耗在足够的速度下驱动包括根据本专利技术的振动器的振动波电机。振动器根据本专利技术的振动器是包括压电元件和弹性体的振动器。图1A和图1B各自是图示根据本专利技术的由附图标记1011表示的振动器的实施例的示意图。图1A是当从侧向方向观察振动器时的示意图，图1B是当从面向压电元件的一侧观察振动器时的示意平面图。尽管弹性体包括振动板5和支撑构件6，然而在图1A和图1B中未图示稍后描述的支撑构件6。振动板5被固定地保持在压电元件101上。因此，当压电元件101膨胀和收缩时，压电元件101和包括振动板5的弹性体作为整体单元弯曲，从而产生面外方向上的挠曲振动(在下文中称作“面外振动”)。措辞“被固定地保持”意指弹性体和压电元件101的相对表面至少部分地接触且固定到彼此的状态，或弹性体和压电元件101的相对表面被例如插置在弹性体与压电元件101的相对表面之间的粘合剂固定到彼此的状态。即，措辞“被固定地保持”意指对应于压电元件101的膨胀和收缩而产生的振动可传递到弹性体的状态。反过来说，措辞“未固定地保持的状态”意指包括振动板5的弹性体即使在压电元件的膨胀和收缩情况下也基本上不移动的状态。弹性体为了与压电元件101一起产生挠曲振动并且从弹性体本身的性能和可加工性的观点来看，弹性体理想地由金属制成。可用作弹性体的金属包括例如铝、黄铜、不锈钢和Fe-Ni(36％)合金。在这些示例当中，从在弹性体与压电元件101之间插置粘合剂(未图示)情况下确保相对于压电元件101的粘合强度的观点来看，不锈钢是理想的。这里，术语“不锈钢”意指包含按质量计50％或更多的钢和按质量计10.5％或更多的铬的合金。在各种种类的不锈钢当中，马氏体不锈钢是理想的，并且SUS420J2是最理想的。弹性体的杨氏模量不限于特定范围，但是弹性体在室温下的杨氏模量理想地在不小于100GPa且不超过230GPa的范围内。如果杨氏模量小于100GPa，则将存在驱动振动器期间产生的驱动力变得不足的可能性。如果弹性体的杨氏模量太大，则将存在振动器的挠曲振动的中性平面从弹性体侧朝向压电陶瓷3转移并且振动器的振动位移减小的可能性。压电元件压电元件101包括：压电陶瓷3，所述压电陶瓷3具有矩形平行六面体形状；以及电极。矩形平行六面体压电陶瓷本申请的专利技术中使用的压电材料的类型不限于特定类型，但是由于在下面详细地陈述的原因，其理想地是陶瓷。从使得能够以高尺寸精度来制作压电陶瓷3的观点来看，压电陶瓷3具有矩形平行六面体形状。通常，随着形状更复杂并且对称性更低，出现更多种振动模式。这导致如下可能：除期望的振动模式(即，稍后描述的振动模式A和振动模式B)以外的不期望的振动被产生，并且所期望的振动模式的位移减小。措辞“矩形平行六面体形状”不仅包括精确的矩形平行六面体形状，而且包括通过对矩形平行六面体的边进行倒角而获得的形状。多个电极压电元件101具有多个电极，使得可对压电陶瓷3施加电场。仅仅要求所述多个电极能够对压电陶瓷3施加电场，并且所述多个电极可以为至少两个或更多个电极。如图1中所图示的，电极被设置为第一电极1和第二电极2，所述第一电极1设置在压电陶瓷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种振动器，所述振动器包括：压电元件，所述压电元件包括压电材料和电极；以及弹性体，其中，包含在所述压电材料中的Pb组分小于1000ppm，并且振动模式A下的谐振频率fA和振动模式B下的谐振频率fB满足(fB‑fA)的绝对值>2(kHz)的关系，所述振动模式A和所述振动模式B在所述弹性体中产生振动波，其中所述振动波的波前彼此相交。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.27 JP 2016-254371;2017.12.08 JP 2017-236221.一种振动器，所述振动器包括：压电元件，所述压电元件包括压电材料和电极；以及弹性体，其中，包含在所述压电材料中的Pb组分小于1000ppm，并且振动模式A下的谐振频率fA和振动模式B下的谐振频率fB满足(fB-fA)的绝对值>2(kHz)的关系，所述振动模式A和所述振动模式B在所述弹性体中产生振动波，其中所述振动波的波前彼此相交。2.根据权利要求1所述的振动器，其中，所述弹性体在室温下的杨氏模量不小于100GPa且不超过145GPa。3.根据权利要求1或2所述的振动器，其中，所述弹性体包括振动板和支撑构件，并且所述压电材料的长边lc落在所述振动板的长边lp的92％至96％的范围内。4.根据权利要求1至3中的任何一项所述的振动器，其中，所述压电材料的厚度tc和长边lc满足tc大于或等于0.250(mm)且小于或等于-0.25×lc+2.475(mm)的关系。5.根据权利要求1至4中的任何一项所述的振动器，其中，所述压电材料是包含钛酸钡系列、钛酸铋钠系列、铌酸盐系列或铁酸铋系列作为主要组分或成以上材料的复合形式的压电陶瓷中的一种。6.根据权利要求1至5中的任何一项所述的振动器，其中，所述压电材料包含含有Ba、Ca和Ti的氧化物作为主要组分，并且表示Ca相对于Ba和Ca的摩尔...

【专利技术属性】
技术研发人员：古田达雄，渡边隆之，上田未纪，小山信也，久保田纯，松田坚义，上林彰，林润平，西谷仁志，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP