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JP7130416B2 - Vibrators, vibrating actuators and electronic devices - Google Patents

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JP7130416B2 JP2018079885A JP2018079885A JP7130416B2 JP 7130416 B2 JP7130416 B2 JP 7130416B2 JP 2018079885 A JP2018079885 A JP 2018079885A JP 2018079885 A JP2018079885 A JP 2018079885A JP 7130416 B2 JP7130416 B2 JP 7130416B2
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

本発明は、振動子、振動型アクチュエータ及び電子機器に関する。 The present invention relates to vibrators, vibrating actuators, and electronic devices.

弾性体と圧電セラミックスが接着(接合)された振動体(以下「振動子」という)を備える振動型アクチュエータが知られている。例えば、特許文献1には、振動子と被駆動体とを接触させ、振動子に2つの異なるモードの振動を励起することにより生じる合成振動により、振動子と被駆動体を相対的に移動させる振動型アクチュエータが記載されている。 Vibration actuators are known that include a vibrating body (hereinafter referred to as a “vibrator”) in which an elastic body and piezoelectric ceramics are bonded (joined). For example, Patent Document 1 discloses that a vibrator and a driven body are brought into contact with each other, and the vibrator and the driven body are relatively moved by a synthetic vibration generated by exciting two different modes of vibration in the vibrator. A vibration actuator is described.

ここで、圧電セラミックスとしては、一般式がABO(A,Bはそれぞれ金属元素)で表されるペロブスカイト型金属酸化物が広く用いられている。代表的な圧電セラミックスとして、圧電定数の大きいチタン酸ジルコン酸鉛系材料(以下「PZT系材料」という)が広く使用されている。しかし、PZT系材料は、多量の鉛を含有するために環境に対する影響が問題視されている。 Here, as piezoelectric ceramics, perovskite-type metal oxides represented by a general formula of ABO 3 (A and B are metal elements) are widely used. Lead zirconate titanate-based materials (hereinafter referred to as “PZT-based materials”) having a large piezoelectric constant are widely used as representative piezoelectric ceramics. However, since the PZT-based material contains a large amount of lead, its influence on the environment is regarded as a problem.

この問題に対して、鉛を含有しない圧電セラミックス(以下「非鉛系圧電セラミックス」という)の利用が検討されている。ペロブスカイト型の非鉛系圧電セラミックスとしては、チタン酸バリウム(BaTiO)とその派生体(固溶体)が知られている。例えば、特許文献2及び非特許文献1には、チタン酸バリウムのAサイトの一部をカルシウム(Ca)で、Bサイトの一部をジルコニウム(Zr)でそれぞれ置換することで圧電特性を向上させた圧電セラミックスが記載されている。 To address this problem, the use of lead-free piezoelectric ceramics (hereinafter referred to as "lead-free piezoelectric ceramics") has been investigated. Barium titanate (BaTiO 3 ) and its derivative (solid solution) are known as perovskite-type lead-free piezoelectric ceramics. For example, in Patent Document 2 and Non-Patent Document 1, piezoelectric properties are improved by replacing part of the A site of barium titanate with calcium (Ca) and part of the B site with zirconium (Zr). Piezoelectric ceramics are described.

特開2004-297910号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-297910 特開2009-215111号公報JP 2009-215111 A

“Journal of Applied Physics”,2011年, 109巻, 054110-1~054110-6“Journal of Applied Physics”, 2011, Vol.109, 054110-1~054110-6

しかしながら、一般的に、非鉛系圧電セラミックスの圧電定数は鉛系圧電セラミックスの圧電定数よりも小さい。そのため、非鉛系圧電セラミックスを用いた振動子で鉛系圧電セラミックスを用いた振動子と同等の振動変位を得ようとすると、消費電力が大きくなってしまうという問題が生じる。 However, in general, the piezoelectric constant of lead-free piezoelectric ceramics is smaller than that of lead-based piezoelectric ceramics. Therefore, if an attempt is made to obtain vibration displacement equivalent to that of a vibrator using lead-based piezoelectric ceramics with a vibrator using lead-free piezoelectric ceramics, there arises a problem that power consumption increases.

本発明は、消費電力を抑えながら所望の振動変位を得ることができる振動子を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a vibrator capable of obtaining a desired vibration displacement while suppressing power consumption.

本発明に係る振動子は、圧電セラミックスと電極を備えた圧電素子と弾性体とが接着層を介して接着されてなる振動子であって、前記接着層は、前記接着層の厚さ方向に投影して前記圧電素子と前記弾性体とが重なる領域における、前記振動子に一次の面外曲げ振動モードの振動が励起された際の前記振動の節線の近傍領域、前記圧電素子と前記弾性体とを接着しない非接着領域を有することを特徴とする。 A vibrator according to the present invention is a vibrator in which a piezoelectric ceramic, a piezoelectric element having electrodes, and an elastic body are bonded via an adhesive layer, and the adhesive layer extends in the thickness direction of the adhesive layer. The piezoelectric element and the elastic body are projected in a region near the nodal line of the vibration when the first-order out-of-plane bending vibration mode vibration is excited in the vibrator in the region where the piezoelectric device and the elastic body overlap each other. It is characterized by having a non-adhesive region that does not adhere to the elastic body.

本発明によれば、消費電力を抑えながら所望の振動変位が得られる振動子を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a vibrator capable of obtaining a desired vibration displacement while suppressing power consumption.

本発明の実施形態に係る圧電素子と振動子の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a piezoelectric element and a vibrator according to an embodiment of the invention; FIG. 振動子に励起する面外振動モードの一例を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an out-of-plane vibration mode excited in a vibrator; 振動子のアドミッタンスの周波数依存性、共振周波数差Δfと消費電力との関係を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the frequency dependency of admittance of a vibrator and the relationship between resonance frequency difference Δf and power consumption; 振動子に励起する面外振動モードの節線と腹線を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining nodal lines and antinodes of an out-of-plane vibration mode excited in a vibrator; 振動子における接着層の実施例に係る構成を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of an adhesive layer in an oscillator according to an example; 振動子における接着層の比較例に係る構成を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a bonding layer in a vibrator according to a comparative example; 実施例及び比較例での非接着面積率とΔfの値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the non-bonded area ratio and the value of (DELTA)f in an Example and a comparative example. 図1の圧電素子の変形例を示す平面図である。2 is a plan view showing a modification of the piezoelectric element of FIG. 1; FIG. 本発明の圧電素子と振動子を用いた振動波駆動装置の一実施形態を示す図である。1 is a diagram showing an embodiment of a vibration wave driving device using a piezoelectric element and a vibrator according to the present invention; FIG. 振動型アクチュエータを備える光学機器の概略構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a schematic configuration of an optical device including a vibration actuator; FIG.

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る圧電素子101と振動子100の概略構成を示す図である。図1(a)は、圧電素子101の側面図である。図1(b),(c)はそれぞれ、圧電素子101の平面図(上面図、裏面図)である。圧電素子101は、圧電セラミックス1の一方の面に第1電極2が形成され、他方の面に第2電極3a,3bが形成された構造を有する。説明の便宜上、図1(a)~(c)に示すように、互いに直交するX方向、Y方向及びZ方向を規定する。図1(d)は、振動子100の側面図である。振動子100は、圧電素子101と弾性体5を接着層4により接着(接合或いは固着と表現しても構わない)させた構造を有する。後に説明する図2に示すように弾性体5には突起部51が設けられるが、図1(d)では突起部51の図示を省略している。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a piezoelectric element 101 and a vibrator 100 according to an embodiment of the invention. FIG. 1(a) is a side view of the piezoelectric element 101. FIG. 1B and 1C are plan views (top view and back view) of the piezoelectric element 101, respectively. A piezoelectric element 101 has a structure in which a first electrode 2 is formed on one surface of a piezoelectric ceramic 1 and second electrodes 3a and 3b are formed on the other surface. For convenience of explanation, the X direction, Y direction and Z direction which are orthogonal to each other are defined as shown in FIGS. 1(a) to 1(c). FIG. 1D is a side view of the vibrator 100. FIG. The vibrator 100 has a structure in which a piezoelectric element 101 and an elastic body 5 are adhered (also referred to as bonding or fixing) by an adhesive layer 4 . As shown in FIG. 2, which will be described later, the elastic body 5 is provided with a protrusion 51, but the illustration of the protrusion 51 is omitted in FIG. 1(d).

最初に、振動子100を構成する圧電素子101の構成について説明する。圧電セラミックス1は、略矩形で平板状の形状を有しており、圧電セラミックス1の長手方向、短手方向及び厚さ方向をそれぞれ、X方向、Y方向及びZ方向と規定している。略矩形とは、完全な矩形であることを必要とせず、例えば、各辺が面取りされているような形状を含むことを意味する。圧電セラミックス1は、組成が略均一な焼結体であり、分極処理を施すことにより、例えば、20℃において、圧電定数d31の絶対値が10pm/V以上又は圧電定数d33が30pC/N以上を示す圧電材料である。 First, the configuration of the piezoelectric element 101 that constitutes the vibrator 100 will be described. The piezoelectric ceramic 1 has a substantially rectangular flat shape, and the longitudinal direction, the lateral direction and the thickness direction of the piezoelectric ceramic 1 are defined as the X direction, the Y direction and the Z direction, respectively. A substantially rectangular shape does not need to be a perfect rectangle, and includes, for example, a shape in which each side is chamfered. The piezoelectric ceramic 1 is a sintered body having a substantially uniform composition, and is subjected to polarization treatment so that, for example, the absolute value of the piezoelectric constant d31 is 10 pm/V or more or the piezoelectric constant d33 is 30 pC/N at 20 ° C. The piezoelectric material exhibits the above.

なお、圧電セラミックス1の圧電定数は、例えば、圧電セラミックス1の密度と共振周波数及び反共振周波数とを用い、電子情報技術産業規格(JEITA EM-4501)に基づいて計算(共振-反共振法)により求めることができる。その場合、密度はアルキメデス法により測定することができる。共振周波数と反共振周波数はインピーダンスアナライザを用いて測定することができる。共振-反共振法以外にも、ベルリンコート法を測定原理に用いた圧電定数測定装置により圧電セラミックス1の圧電定数を測定することも可能である。 The piezoelectric constant of the piezoelectric ceramic 1 is calculated based on the electronic information technology industry standard (JEITA EM-4501) using, for example, the density of the piezoelectric ceramic 1 and the resonance frequency and anti-resonance frequency (resonance-anti-resonance method). can be obtained by In that case, the density can be measured by the Archimedes method. The resonance frequency and anti-resonance frequency can be measured using an impedance analyzer. In addition to the resonance-antiresonance method, it is also possible to measure the piezoelectric constant of the piezoelectric ceramic 1 with a piezoelectric constant measuring apparatus using the Berlin coat method as the principle of measurement.

以前から、振動子を構成する圧電セラミックスには、圧電定数の大きいジルコン酸チタン酸鉛(PZT)を主成分とするものが広く用いられている。しかし、圧電セラミックスを含む圧電素子が廃却されて酸性雨を浴びた場合や過酷な環境に放置された場合には、圧電セラミックスに含まれる鉛成分が土壌に溶け出し、生態系に害を及ぼすおそれがある。このような問題に鑑み、本実施形態では、圧電セラミックス1には、非鉛系圧電セラミックスが用いられ、非鉛系圧電セラミックスとは鉛含有量が1000ppm未満の圧電セラミックスを指すものと定義する。これは、鉛の含有量が1000ppm未満であれば、圧電素子101が廃却されて酸性雨を浴び或いは過酷な環境に放置されても、圧電セラミックス1に含まれる鉛成分による環境汚染は実質的に起こらないからである。なお、圧電セラミックス1の鉛含有量は、周知の定量分析法を用いて検出することができる。例えば、蛍光X線分析法(XRF)を用いて或いはICP発光分光分析により定量された鉛の重量の圧電セラミックス1の総重量に対する割合により求めることができる。 Piezoelectric ceramics constituting vibrators have been widely used for a long time, mainly composed of lead zirconate titanate (PZT), which has a large piezoelectric constant. However, if a piezoelectric element containing piezoelectric ceramics is discarded and exposed to acid rain or left in a harsh environment, the lead component contained in the piezoelectric ceramics will leach into the soil, harming the ecosystem. There is a risk. In view of such problems, in the present embodiment, lead-free piezoelectric ceramics are used for the piezoelectric ceramics 1, and lead-free piezoelectric ceramics is defined as piezoelectric ceramics having a lead content of less than 1000 ppm. This is because if the lead content is less than 1000 ppm, even if the piezoelectric element 101 is discarded and exposed to acid rain or left in a harsh environment, the lead component contained in the piezoelectric ceramic 1 does not cause substantial environmental pollution. because it does not occur The lead content of the piezoelectric ceramics 1 can be detected using a well-known quantitative analysis method. For example, it can be obtained from the ratio of the weight of lead to the total weight of the piezoelectric ceramics 1 quantified by X-ray fluorescence analysis (XRF) or by ICP emission spectrometry.

非鉛系圧電セラミックスの中でも、圧電定数が大きく、製造が比較的容易であるという観点から、チタン酸バリウム又はその派生体を用いることが望ましく、且つ、焼結体のヤング率が100GPa~140GPaの範囲にあるものが望ましい。チタン酸バリウム又はその派生体としては、チタン酸バリウム(BaTiO)、チタン酸バリウムカルシウム([Ba,Ca]TiO)、チタン酸ジルコン酸バリウム(Ba[Ti,Zr]O)、チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム([Ba,Ca][Ti,Zr]O)、ニオブ酸ナトリウム-チタン酸バリウム(NaNbO-BaTiO)、チタン酸ビスマスナトリウム-チタン酸バリウム([Bi,Na]TiO-BaTiO)、チタン酸ビスマスカリウム-チタン酸バリウム([Bi,K]TiO-BaTiO)が挙げられる。 Among lead-free piezoelectric ceramics, it is desirable to use barium titanate or its derivative from the viewpoint that it has a large piezoelectric constant and is relatively easy to manufacture, and the Young's modulus of the sintered body is 100 GPa to 140 GPa. Anything in the range is desirable. Barium titanate or derivatives thereof include barium titanate (BaTiO 3 ), barium calcium titanate ([Ba, Ca]TiO 3 ), barium zirconate titanate (Ba[Ti, Zr]O 3 ), titanic acid Barium calcium zirconate ([Ba, Ca] [Ti, Zr] O 3 ), sodium niobate-barium titanate (NaNbO 3 -BaTiO 3 ), sodium bismuth titanate-barium titanate ([Bi, Na] TiO 3 -BaTiO 3 ), bismuth potassium titanate-barium titanate ([Bi, K]TiO 3 -BaTiO 3 ).

非鉛系圧電セラミックスは、実質的にこれらの各組成となっているもの、各組成を組み合わせたもの、各組成をベースとして他の元素を含んだもののいずれであってもよい。圧電定数と機械的品質係数(Q値)を両立することができるという観点からは、チタン酸ジルコン酸バリウムカルシウム又はニオブ酸ナトリウム-チタン酸バリウムを主成分とするものが好適に用いられる。また、機械的品質係数や絶縁性を向上させる観点からは、上記の主成分以外の元素として、マンガン(Mn)やビスマス(Bi)を含むものが好適に用いられる。圧電セラミックス1は、周知の製造方法によって製造することができる。例えば、金属元素を有する原料粉末(一般的には金属酸化物)を成形し、焼成し、得られた焼結体を所望の形状に加工することによって製造することができるが、特に限定されるものではない。 The lead-free piezoelectric ceramics may be one that substantially has each of these compositions, one that combines each composition, or one that contains other elements based on each composition. From the viewpoint of achieving both a piezoelectric constant and a mechanical quality factor (Q value), a material containing barium calcium titanate zirconate or sodium niobate-barium titanate as a main component is preferably used. From the viewpoint of improving the mechanical quality factor and insulating properties, it is preferable to use those containing manganese (Mn) and bismuth (Bi) as elements other than the above main components. The piezoelectric ceramics 1 can be manufactured by a well-known manufacturing method. For example, it can be produced by molding a raw material powder (generally a metal oxide) containing a metal element, firing it, and processing the resulting sintered body into a desired shape, but is not particularly limited. not a thing

第1電極2及び第2電極3a,3bはそれぞれ、圧電セラミックス1に所定の変位を生じさせるための電圧を印加するために、圧電セラミックス1の表裏面に設けられている。第2電極3a,3bは交番電圧(駆動電圧)を印加するための電極として用いられ、第1電極2はグランド(アース)に接続される共通電極として用いられる。第1電極2と第2電極3a,3bとの間に所定の電位差が生じるように電圧を印加すると、圧電セラミックス1には厚さ方向に電界が印加され、圧電セラミックス1に圧電特性(圧電定数)に起因する変位を生じさせることができる。 The first electrode 2 and the second electrodes 3a and 3b are provided on the front and rear surfaces of the piezoelectric ceramics 1, respectively, in order to apply a voltage for causing the piezoelectric ceramics 1 to undergo a predetermined displacement. The second electrodes 3a and 3b are used as electrodes for applying an alternating voltage (driving voltage), and the first electrode 2 is used as a common electrode connected to the ground (earth). When a voltage is applied so as to generate a predetermined potential difference between the first electrode 2 and the second electrodes 3a and 3b, an electric field is applied to the piezoelectric ceramics 1 in the thickness direction, and the piezoelectric characteristics (piezoelectric constant ) can be generated.

第1電極2と第2電極3a,3bは、導電性材料からなり、その厚さは5nm~10μm程度である。導電性材料には、例えば、チタン(Ti)、白金(Pt)、金(Au)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、銅(Cu)等の金属又はこれらの合金を用いることが望ましい。低コストで良好な導電性を有するという観点からは、銀が好適に用いられる。例えば、圧電セラミックス1の表裏面にスクリーン印刷法等を用いて銀ペーストを印刷(塗布)し、乾燥させた後に所定の温度で焼き付けることにより、第1電極2と第2電極3a,3bを銀で形成することができる。第1電極2と第2電極3a,3bを上述した金属又は合金で形成する方法としては、スパッタリング法等を用いることもできる。 The first electrode 2 and the second electrodes 3a and 3b are made of a conductive material and have a thickness of about 5 nm to 10 μm. Examples of conductive materials include metals such as titanium (Ti), platinum (Pt), gold (Au), nickel (Ni), palladium (Pd), silver (Ag), copper (Cu), and alloys thereof. It is desirable to use Silver is preferably used from the viewpoint of low cost and good conductivity. For example, a silver paste is printed (applied) on the front and rear surfaces of the piezoelectric ceramic 1 using a screen printing method or the like, dried, and then baked at a predetermined temperature to form the first electrode 2 and the second electrodes 3a and 3b. can be formed with As a method of forming the first electrode 2 and the second electrodes 3a and 3b with the metal or alloy described above, a sputtering method or the like can also be used.

圧電特性に基づく変位を圧電素子101に発生させるためには、圧電セラミックス1の分極処理が必要となる。分極処理は、圧電素子101を弾性体5に接着する前に行ってもよいし接着した後に行っても構わない。分極処理を接着工程前に行う場合には、圧電セラミックス1に脱分極が生じないように、分極処理以降の工程を圧電セラミックス1のキュリー温度以下の温度で行う必要がある。 In order to generate displacement in the piezoelectric element 101 based on the piezoelectric characteristics, the piezoelectric ceramics 1 must be polarized. The polarization treatment may be performed before or after bonding the piezoelectric element 101 to the elastic body 5 . When the polarization treatment is performed before the bonding step, the steps after the polarization treatment must be performed at a temperature lower than the Curie temperature of the piezoelectric ceramics 1 so that the piezoelectric ceramics 1 are not depolarized.

続いて、振動子100の接着層4及び弾性体5について説明する。接着層4は、一般的には、圧電素子101と弾性体5のいずれか一方に液体状の樹脂接着剤を塗布し、圧電素子101と弾性体5とが密着するように厚さ方向(Z方向)に所定の力を加えながら硬化させることによって形成される。なお、図1(d)では、接着層4を明示するために厚みを設けて示しているが、接着層4の厚さは、一般的に、数ミクロン程度である。弾性体5は、例えば、ステンレス材等の金属材料からなり、弾性体5のXY面の大きさは、圧電素子101のXY面の大きさと同等か又は若干大きい。 Next, the adhesive layer 4 and the elastic body 5 of the vibrator 100 will be described. The adhesive layer 4 is generally formed by applying a liquid resin adhesive to either one of the piezoelectric element 101 and the elastic body 5 and extending the thickness direction (Z direction) while applying a predetermined force. In FIG. 1D, the thickness of the adhesive layer 4 is shown in order to clearly show it, but the thickness of the adhesive layer 4 is generally about several microns. The elastic body 5 is made of, for example, a metal material such as stainless steel.

ここで、圧電素子101と弾性体5の接着方法について説明する。まず、圧電素子101の接着面又は弾性体5の接着面に液状の樹脂接着剤を塗布する。なお、樹脂接着剤は、塗布時(硬化処理前)には流動性を有し、所定の硬化処理によって流動性が失われて硬化(固化)し、固体となる樹脂材料であり、一液硬化性であってもよいし二液硬化性であってもよい。樹脂接着剤の具体例としては、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂、シリコーン系樹脂が挙げられる。 Here, a method of adhering the piezoelectric element 101 and the elastic body 5 will be described. First, a liquid resin adhesive is applied to the bonding surface of the piezoelectric element 101 or the bonding surface of the elastic body 5 . A resin adhesive is a resin material that has fluidity at the time of application (before curing treatment), but loses its fluidity after a predetermined curing treatment and hardens (solidifies) to become a solid resin material. It may be curable or two-component curable. Specific examples of resin adhesives include epoxy-based resins, acrylic-based resins, and silicone-based resins.

続いて、塗布された樹脂接着剤を介して圧電素子101の接着面と弾性体5の接着面と貼り合わせ、圧電素子101と弾性体5とを厚さ方向(Z方向)に加圧した状態で樹脂接着剤を硬化させる。圧電素子101と弾性体5に加える加圧力は、圧電素子101と弾性体5が動かず、且つ、圧電セラミックス1が割れない程度とし、例えば、30kg/cm以下が好ましく、1kg/cm以上10kg/cm以下がより好ましい。また、樹脂接着剤が熱硬化性である場合には、圧電素子101と弾性体5を加圧接触させた状態で、圧電素子101と弾性体5の少なくとも一方を加熱することで、硬化時間を短縮することができる。こうして、樹脂接着剤が硬化した接着層4が形成されることで、振動子100が得られる。 Subsequently, the bonding surface of the piezoelectric element 101 and the bonding surface of the elastic body 5 are bonded together via the applied resin adhesive, and the piezoelectric element 101 and the elastic body 5 are pressed in the thickness direction (Z direction). to cure the resin adhesive. The pressure applied to the piezoelectric element 101 and the elastic body 5 should be such that the piezoelectric element 101 and the elastic body 5 do not move and the piezoelectric ceramic 1 does not crack. 10 kg/cm 2 or less is more preferable. When the resin adhesive is thermosetting, the curing time is reduced by heating at least one of the piezoelectric element 101 and the elastic body 5 while the piezoelectric element 101 and the elastic body 5 are in pressure contact with each other. can be shortened. Thus, the vibrator 100 is obtained by forming the adhesive layer 4 in which the resin adhesive is cured.

なお、分極処理済みの圧電素子101を用いて圧電素子101と弾性体5とを熱硬化性の樹脂接着剤により接着する場合には、樹脂接着剤の硬化処理温度を圧電セラミックス1のキュリー温度以下として、圧電セラミックス1の脱分極を防止することが望ましい。また、圧電素子101と弾性体5の接着方法は、上記の方法に限定されるものではない。必要に応じて、第1電極2及び第2電極3a,3bには、電圧入力手段(電源)と電気的に接続するための給電部材(図8参照)が設けられる。 When the piezoelectric element 101 that has undergone polarization treatment is used to bond the piezoelectric element 101 and the elastic body 5 with a thermosetting resin adhesive, the curing temperature of the resin adhesive is set to the Curie temperature of the piezoelectric ceramics 1 or lower. As such, it is desirable to prevent depolarization of the piezoelectric ceramics 1 . Also, the method of adhering the piezoelectric element 101 and the elastic body 5 is not limited to the above method. If necessary, the first electrode 2 and the second electrodes 3a, 3b are provided with a power supply member (see FIG. 8) for electrical connection with voltage input means (power source).

図2は、振動子100に励起する2つの異なる面外振動モードの一例を説明する図である。なお、図2(a),(b)では、振動子100に生じる振動変位の理解を容易とするために変形量を拡大して表しており、また、接着層4の図示を省略している。弾性体5における圧電素子101との接着面の反対側の面には、長手方向(X方向)に所定の間隔で突起部51が設けられている。なお、突起部51の機能については後述する。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of two different out-of-plane vibration modes excited in the vibrator 100. FIG. In FIGS. 2A and 2B, the amount of deformation is enlarged to facilitate understanding of the vibration displacement occurring in the vibrator 100, and the illustration of the adhesive layer 4 is omitted. . Protrusions 51 are provided at predetermined intervals in the longitudinal direction (X direction) on the surface of the elastic body 5 opposite to the bonding surface with the piezoelectric element 101 . Note that the function of the projecting portion 51 will be described later.

図2(a),(c)は、2つの面外振動モードのうちの一方の面外振動モード(以下「面外振動モードA」という)を説明する図である。面外振動モードAは、振動子100の長辺(X方向)と略平行で互いに交わらない2本の節線を有する一次の面外曲げ振動モードである。図2(c)には、節線の位置が黒丸で、腹線の位置が白丸でそれぞれ示されており、振幅は腹線の位置で最大となる。図2(b),(d)は、2つの面外振動モードのうちの他方の面外振動モード(以下「面外振動モードB」という)を説明する図である。面外振動モードBは、振動子100の短辺(Y方向)と略平行で互いに交わらない3本の節線を有する二次の面外曲げ振動モードである。図2(d)には、節線の位置が黒丸で、腹線の位置が白丸でそれぞれ示されており、振幅は腹線の位置で最大となる。 2A and 2C are diagrams for explaining one of the two out-of-plane vibration modes (hereinafter referred to as "out-of-plane vibration mode A"). The out-of-plane vibration mode A is a primary out-of-plane bending vibration mode having two nodal lines substantially parallel to the long side (X direction) of the vibrator 100 and not intersecting each other. In FIG. 2(c), the position of the nodal line is indicated by a black circle, and the position of the abdominal line is indicated by a white circle, and the amplitude is maximum at the position of the abdominal line. 2B and 2D are diagrams for explaining the other out-of-plane vibration mode (hereinafter referred to as "out-of-plane vibration mode B") of the two out-of-plane vibration modes. The out-of-plane vibration mode B is a secondary out-of-plane bending vibration mode having three nodal lines substantially parallel to the short side (Y direction) of the vibrator 100 and not intersecting each other. In FIG. 2(d), the position of the nodal line is indicated by a black circle, and the position of the abdominal line is indicated by a white circle, and the amplitude is maximum at the position of the abdominal line.

面外振動モードA,Bのそれぞれの共振周波数、節線の数とその位置は、例えば、振動子100に駆動周波数を変化させながら交番電圧を印加し、駆動周波数ごとの面外方向変位量の面内分布をレーザドップラー振動計で計測することにより知ることができる。突起部51は、面外振動モードAの腹線と面外振動モードBの節線とが交差する位置に設けられている。詳細は後述するが、面外振動モードA,Bの振動を同時に所定の位相差で励起することにより、突起部51の先端にZX面内で楕円運動を生じさせることができる。図9を参照して後述するように、突起部51の先端部は被駆動体と接触し、突起部51の先端部に生じる楕円運動によって突起部51が被駆動体へ推力を与える。これにより、振動子100と被駆動体とを相対的にX方向に移動させることができる。 The resonance frequencies of the out-of-plane vibration modes A and B, the number of nodal lines, and their positions can be determined, for example, by applying an alternating voltage to the vibrator 100 while changing the drive frequency, and determining the amount of displacement in the out-of-plane direction for each drive frequency. It can be known by measuring the in-plane distribution with a laser Doppler vibrometer. The projecting portion 51 is provided at a position where the antinode line of the out-of-plane vibration mode A and the nodal line of the out-of-plane vibration mode B intersect. Although the details will be described later, by simultaneously exciting the vibrations of the out-of-plane vibration modes A and B with a predetermined phase difference, the tip of the protrusion 51 can be caused to make an elliptical motion within the ZX plane. As will be described later with reference to FIG. 9, the tip of the protrusion 51 contacts the driven body, and the elliptical motion generated at the tip of the protrusion 51 causes the protrusion 51 to apply thrust to the driven body. Thereby, the vibrator 100 and the driven body can be relatively moved in the X direction.

面外振動モードAについては、振動子100の短辺方向(Y方向)で変位量がゼロとなる場所又は変位量の正負が反転する境となる場所を節線とし、節線が圧電素子101の長辺方向(X方向)のいずれの場所においても短辺方向に2カ所ある周波数を求める。こうして求めた周波数の近傍で、2カ所の節線の中央部(腹線)の位置での変位量が最大となる周波数が面外振動モードAの共振周波数fである。面外振動モードBについては、振動子100の長辺方向(X方向)で変位量がゼロとなる場所又は変位量の正負が反転する境の場所を節線とし、節線が圧電素子101の短辺方向(Y方向)のいずれの場所においても長辺方向に3カ所ある周波数を求める。こうして求めた周波数の近傍で、3カ所のうちの隣り合う2カ所の節線の中央部(腹線)の位置での変位量が最大となる周波数が面外振動モードBの共振周波数fである。 With respect to the out-of-plane vibration mode A, the location where the displacement amount is zero in the short side direction (Y direction) of the vibrator 100 or the location where the positive/negative of the displacement amount is reversed is defined as a nodal line. At any place in the long side direction (X direction) of , two frequencies in the short side direction are obtained. The resonance frequency f A of the out-of-plane vibration mode A is the frequency at which the amount of displacement at the position of the central portion (abdominal line) of the two nodal lines is maximum in the vicinity of the frequencies thus obtained. In the out-of-plane vibration mode B, a node line is a location where the displacement amount is zero in the long side direction (X direction) of the vibrator 100 or a boundary location where the displacement amount is reversed. Three frequencies in the long side direction are obtained at any place in the short side direction (Y direction). The resonance frequency f B of the out-of-plane vibration mode B is the frequency at which the amount of displacement at the central portion (abdominal line) of two adjacent nodal lines out of the three is maximized in the vicinity of the frequencies obtained in this way. be.

図3(a)は、振動子100のアドミッタンスの周波数依存性を示す図である。振動子100のアドミッタンスは、面外振動モードA,Bのそれぞれの共振周波数f,fで極大値となり、共振周波数f,fの差(f-f)を共振周波数差Δfと定義する。図3(b)は、共振周波数差Δfの異なる振動子100がそれぞれ用いられている振動型アクチュエータを駆動したときの消費電力を測定した結果を示す図である。なお、振動型アクチュエータの構造は、後述する図9に示す振動型アクチュエータの構造に準じており、共振周波数差Δfの違いは、振動子100の形状が異なることに起因して生じる。図3(b)では、一定の振動速度で駆動したときの消費電力を縦軸に、共振周波数差Δfを横軸に取っており、共振周波数差Δfが大きくなるにしたがって消費電力が小さくなる傾向が現れていることがわかる。そこで、本実施形態では、圧電素子101と弾性体5との接着状態に特徴を持たせることによって共振周波数差Δfを大きくすることで、小さい消費電力で駆動が可能な振動型アクチュエータを実現する。 FIG. 3A is a diagram showing the frequency dependence of the admittance of the vibrator 100. FIG. The admittance of the vibrator 100 becomes maximum at the resonance frequencies f A and f B of the out-of-plane vibration modes A and B, respectively, and the difference between the resonance frequencies f A and f B (f B −f A ) is the resonance frequency difference Δf defined as FIG. 3B is a diagram showing the results of measuring power consumption when vibrating actuators using vibrators 100 having different resonance frequency differences Δf are driven. The structure of the vibration type actuator conforms to the structure of the vibration type actuator shown in FIG. 9, which will be described later, and the difference in the resonance frequency difference Δf is caused by the difference in the shape of the vibrator 100. FIG. In FIG. 3(b), the power consumption when driven at a constant vibration speed is plotted on the vertical axis, and the resonance frequency difference Δf is plotted on the horizontal axis. Power consumption tends to decrease as the resonance frequency difference Δf increases. appears. Therefore, in the present embodiment, the bonding state between the piezoelectric element 101 and the elastic body 5 is characterized to increase the resonance frequency difference Δf, thereby realizing a vibration actuator that can be driven with low power consumption.

図4(a)は、面外振動モードAにおける腹線(Cn-Cn´(n=1,2,3))及び節線(Dn-Dn´(n=1,2))の位置を非駆動時の圧電セラミックス1側から見た平面図である。図4(b)は、面外振動モードBにおける腹線(En-En´(n=1,2,3,4))及び節線(Fn-Fn´(n=1,2,3))の位置を非駆動時の圧電セラミックス1側から見た平面図である。なお、節線及び腹線は、図4(a),(b)に示すように短辺又は長辺に平行な直線状になるとは限らず、振動子100の形状や振動モードの混成によって複雑に屈曲した曲線となることもある。しかし、本実施形態では、近似的に節線及び腹線が直線状であるとして説明する。 FIG. 4(a) shows the positions of antinodes (Cn−Cn′ (n=1, 2, 3)) and nodal lines (Dn−Dn′ (n=1, 2)) in out-of-plane vibration mode A. 2 is a plan view seen from the side of the piezoelectric ceramics 1 during driving; FIG. FIG. 4(b) shows antinode lines (En-En' (n=1, 2, 3, 4)) and nodal lines (Fn-Fn' (n=1, 2, 3)) in the out-of-plane vibration mode B. is a plan view of the position of , viewed from the side of the piezoelectric ceramics 1 when not driven. Note that the nodal lines and antinodes are not necessarily straight lines parallel to the short side or long side as shown in FIGS. 4(a) and 4(b). It may also be a curved curve. However, in this embodiment, it is assumed that the nodal line and the abdominal line are approximately straight.

振動子100において、圧電セラミックス1と弾性体5の接着状態(接着層4の形態)を変化させた場合の共振周波数差Δfの変化を、有限要素法パッケージソフトANSYS(ANSYSInc.)を用いて見積った。このシミュレーションでは、20℃での弾性体5のヤング率Ysbを200GPaとし、圧電セラミックス1のヤング率Yceを120GPaとした。 In the vibrator 100, the change in the resonance frequency difference Δf when the state of bonding between the piezoelectric ceramics 1 and the elastic body 5 (form of the bonding layer 4) is changed is estimated using the finite element method package software ANSYS (ANSYS Inc.). rice field. In this simulation, the Young's modulus Ysb of the elastic body 5 at 20° C. was set to 200 GPa, and the Young's modulus Yce of the piezoelectric ceramics 1 was set to 120 GPa.

図5は、接着層4の実施例1~5に係る構成を説明する図である。圧電素子101の内側にドット模様で示した領域は、圧電素子101と弾性体5が接着層4により接着されている領域を示している。一方、圧電素子101の内側の無地の領域(白色領域)は、接着剤が存在しないか又は接着剤が存在していても圧電素子101と弾性体5を実質的に接着していない領域(以下「非接着領域」という)を示している。非接着領域は、例えば、圧電素子101における弾性体5との接着面に、接着剤の密着を妨げるフッ素系樹脂等の層を設けることによって形成することができる。また、非接着領域は、接着層に予め可溶性材料を準備しておき、圧電素子101と弾性体5との接着後に可溶性材料を取り除く方法や、接着層4と圧電素子101又は弾性体5との界面に空隙を形成する方法等を用いて形成することも可能である。 FIG. 5 is a diagram for explaining the structure of the adhesive layer 4 according to Examples 1 to 5. FIG. A dot-patterned region inside the piezoelectric element 101 indicates a region where the piezoelectric element 101 and the elastic body 5 are adhered to each other by the adhesive layer 4 . On the other hand, the plain area (white area) inside the piezoelectric element 101 is an area where no adhesive is present or where the piezoelectric element 101 and the elastic body 5 are not substantially adhered even if the adhesive is present (hereinafter referred to as (referred to as "non-bonded areas"). The non-adhesion region can be formed, for example, by providing a layer of fluorine-based resin or the like on the surface of the piezoelectric element 101 that is to be adhered to the elastic body 5 to prevent adhesion of the adhesive. In the non-adhesive region, a soluble material is prepared in the adhesive layer in advance and the soluble material is removed after the piezoelectric element 101 and the elastic body 5 are adhered. It is also possible to form by using a method of forming a void at the interface.

図6は、接着層4の比較例1~6に係る構成を説明する図である。図6(a)は、圧電素子101と弾性体5との間の接着層4に非接着領域を形成せずに略均一な接着層4を設ける従来の一般的な形態を示しており、これを比較例1とする。比較例1の構成での共振周波数差Δfを基準値Δfとし、実施例1~5のそれぞれの共振周波数差の計算値Δfex~Δfex及び比較例2~6のそれぞれの共振周波数差の計算値Δfc~Δfcを基準値Δfと比較する。 FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of the adhesive layer 4 according to Comparative Examples 1 to 6. FIG. FIG. 6(a) shows a conventional general form in which a substantially uniform adhesive layer 4 is provided without forming a non-adhesive region in the adhesive layer 4 between the piezoelectric element 101 and the elastic body 5. is referred to as Comparative Example 1. With the resonance frequency difference Δf in the configuration of Comparative Example 1 as the reference value Δf 0 , the calculated values of the resonance frequency differences Δfex 1 to Δfex 5 of Examples 1 to 5 and the resonance frequency differences of Comparative Examples 2 to 6 are calculated. The calculated values Δfc 1 to Δfc 5 are compared with the reference value Δf 0 .

図5(a)は、接着層4の実施例1の構成を示している。実施例1は、面外振動モードAの節線D1-D1´,D2-D2´を中心として2本の帯状の非接着領域が各節線の近傍領域に設けられた構成となっている。なお、本実施形態において、節線の近傍領域とは、非駆動時の振動子100を圧電セラミックス1側から見たときに、所定の面外振動モードの腹線よりもその面外振動モードの節線に近い領域であって、その節線を含む領域であると定義する。さらに、弾性体5に対する圧電セラミックス1の接着面の全面積Sceに対する非接着領域の面積Suの比率、つまり、Su/Sceを非接着面積率とよぶ。例えば図5(a)においては、腹線C1-C1´と腹線C3-C3´の間の幅と、接着領域のX方向の長さとからなる、一つの矩形領域が接着面の全面積Sceに相当する。実施例1において、2本の帯状の非接着領域の各幅(Y方向での長さ)を変化させて、2本の帯状の非接着領域の総和から求める非接着面積率を4.9%、9.8%、14.6%とした場合のΔfex/Δfの値は、それぞれ、1.003、1.010,1.025となった。ここで、非接着面積率が14.6%の場合においては、図5(a)及び図2(c)に図示されているように、1波の波長λに対して、節線と交差する方向であるY方向において節線を含む位置に、より好適には節線がY方向において中心となる位置に、2つの節線のそれぞれに対して0.073λの幅の非接着領域が定義される。本実施例ではこれに限らず、2つの節線のそれぞれに0.073λ以内の幅の非接着領域を設け、この非接着領域において圧電素子101と弾性体5とを接着しないように接着層4を構成すると好適である。 FIG. 5(a) shows the configuration of the adhesive layer 4 of Example 1. FIG. In Example 1, two strip-shaped non-bonded regions are provided in the vicinity of each node line centering on the node lines D1-D1' and D2-D2' of the out-of-plane vibration mode A. FIG. In the present embodiment, the near-field region of the nodal line means that when the vibrator 100 is not driven and viewed from the side of the piezoelectric ceramics 1, the region of the out-of-plane vibration mode is closer to the anti-node of the predetermined out-of-plane vibration mode. A region near a nodal line is defined as a region containing the nodal line. Further, the ratio of the area Su of the non-bonded region to the total area Sce of the bonding surface of the piezoelectric ceramic 1 to the elastic body 5, that is, Su/Sce, is called the non-bonded area ratio. For example, in FIG. 5(a), one rectangular area consisting of the width between the antinodes C1-C1′ and C3-C3′ and the length of the adhesive area in the X direction covers the entire area Sce of the adhesive surface. Equivalent to. In Example 1, the width (length in the Y direction) of each of the two strip-shaped non-bonded regions was varied, and the non-bonded area ratio obtained from the sum of the two strip-shaped non-bonded regions was 4.9%. , 9.8% and 14.6%, the values of Δfex 1 /Δf 0 were 1.003, 1.010 and 1.025, respectively. Here, when the non-bonded area ratio is 14.6%, as shown in FIGS. A non-bonded region with a width of 0.073λ is defined for each of the two nodal lines at a position containing the nodal line in the Y direction, more preferably at a position where the nodal line is centered in the Y direction. be. In this embodiment, however, each of the two nodal lines is provided with a non-adhesive region having a width of 0.073λ or less, and the adhesive layer 4 is formed so that the piezoelectric element 101 and the elastic body 5 are not adhered to each other in this non-adhesive region. It is preferable to configure

図5(b)は、接着層4の実施例2の構成を示している。実施例2は、面外振動モードAの節線D1-D1´,D2-D2´を中心とし、圧電セラミックス1の長手方向の端部側(X方向端側)に4本の帯状の非接着領域が各節線の近傍領域に設けられた構成となっている。実施例2において、4本の帯状の非接着領域の各幅を変化させて非接着面積率をそれぞれ4.3%、8.7%、14.6%とした場合のΔfex/Δfの値はそれぞれ、1.003、1.012、1.025となった。 FIG. 5(b) shows the configuration of Example 2 of the adhesive layer 4. As shown in FIG. In Example 2, four belt-shaped non-bonded strips are arranged on the longitudinal end side (X direction end side) of the piezoelectric ceramic 1 centering on the nodal lines D1-D1' and D2-D2' of the out-of-plane vibration mode A. A region is provided in a region near each nodal line. In Example 2, the ratios of Δfex 2 /Δf 0 when the widths of the four strip-shaped non-bonded regions are changed to set the non-bonded area ratios to 4.3%, 8.7%, and 14.6%, respectively The values were 1.003, 1.012 and 1.025 respectively.

図5(c)は、接着層4の実施例3の構成を示している。実施例3は、面外振動モードAの節線D1-D1´,D2-D2´を中心とし、圧電セラミックス1の長手方向の中央部(X方向中央部)に2本の帯状の非接着領域が各節線の近傍領域に設けられた構成となっている。2本の帯状の非接着領域の各幅を変化させて非接着面積率を8.8%、14.6%とした場合のΔfex/Δfの値はそれぞれ、1.024、1.025となった。 FIG. 5(c) shows the configuration of Example 3 of the adhesive layer 4. As shown in FIG. In Example 3, two band-shaped non-adhesive regions are formed in the central portion in the longitudinal direction (the central portion in the X direction) of the piezoelectric ceramic 1 centering on the nodal lines D1-D1′ and D2-D2′ of the out-of-plane vibration mode A. are provided in the vicinity of each nodal line. The values of Δfex 3 /Δf 0 are 1.024 and 1.025 when the widths of the two belt-shaped non-bonded regions are changed to set the non-bonded area ratios to 8.8% and 14.6%, respectively. became.

図5(d)は、接着層4の実施例4の構成を示している。実施例4は、面外振動モードAの節線D1-D1´を中心とし、圧電セラミックス1の長手方向の中央部(X方向中央部)に1本の帯状の非接着領域が節線D1-D1´の近傍領域に設けられた構成となっている。1本の帯状の非接着領域の非接着面積率を4.4%としたときのΔfex/Δfの値は1.012となった。 FIG. 5(d) shows the configuration of Example 4 of the adhesive layer 4. As shown in FIG. In Example 4, one belt-shaped non-adhesive region is centered on the nodal line D1-D1′ of the out-of-plane vibration mode A, and the nodal line D1-D1- It is configured to be provided in a region near D1'. The value of Δfex 4 /Δf 0 was 1.012 when the non-bonded area ratio of one strip-shaped non-bonded region was 4.4%.

図5(e)は、接着層4の実施例5の構成を示している。実施例5は、面外振動モードAの節線D1-D1´,D2-D2´に沿って各節線の近傍に非接着領域が点在するように設けられた構成となっている。点在する非接着領域の面積を足し合わせた非接着面積率を7.4%としたときのΔfex/Δfの値は1.018となった。 FIG. 5( e ) shows the configuration of Example 5 of the adhesive layer 4 . Example 5 has a configuration in which non-adhesive areas are scattered near the nodal lines D1-D1' and D2-D2' of the out-of-plane vibration mode A. FIG. The value of Δfex 5 /Δf 0 was 1.018 when the non-bonded area ratio obtained by adding the areas of the scattered non-bonded regions was 7.4%.

図6(b)は、接着層4の比較例2の構成を示している。比較例2は、面外振動モードAの腹線C2-C2´を中心とした近傍に1本の帯状の非接着領域が設けられた構成となっている。1本の帯状の非接着領域の非接着面積率を2.4%、7.3%、12.2%とした場合のΔfc/Δfの値はそれぞれ、0.994、0.968、0.915となった。 FIG. 6B shows the configuration of Comparative Example 2 of the adhesive layer 4 . Comparative Example 2 has a configuration in which one strip-shaped non-adhesive region is provided in the vicinity of the anti-ablation line C2-C2' of the out-of-plane vibration mode A as the center. The values of Δfc 2 /Δf 0 are 0.994, 0.968, and 0.994, 0.968, respectively, when the non-bonded area ratios of one band-shaped non-bonded region are 2.4%, 7.3%, and 12.2%. 0.915.

図6(c)は、接着層4の比較例3の構成を示している。比較例3は、面外振動モードAの腹線C1-C1´,C3-C3´のそれぞれの近傍に2本の帯状の非接着領域が設けられた構成となっている。2本の帯状の非接着領域の非接着面積率を9.8%とした場合のΔfc/Δfの値は0.915となった。 FIG. 6C shows the configuration of Comparative Example 3 of the adhesive layer 4 . Comparative Example 3 has a configuration in which two strip-shaped non-bonded regions are provided in the vicinity of antinodes C1-C1' and C3-C3' of the out-of-plane vibration mode A, respectively. The value of Δfc 3 /Δf 0 was 0.915 when the non-bonded area ratio of the two band-shaped non-bonded regions was 9.8%.

図6(d)は、接着層4の比較例4の構成を示している。比較例4は、面外振動モードAの腹線C2-C2´と節線D1-D1´,D2-D2´のそれぞれとの中間部に、X方向に延びる2本の帯状の非接着領域が設けられた構成となっている。2本の帯状の非接着領域の非接着面積率を9.8%とした場合のΔfc/Δfの値は0.991となった。 FIG. 6(d) shows the configuration of Comparative Example 4 of the adhesive layer 4. As shown in FIG. Comparative Example 4 has two strip-shaped non-bonded regions extending in the X direction at intermediate portions between antinodes C2-C2′ of out-of-plane vibration mode A and node lines D1-D1′ and D2-D2′. It has a set configuration. The value of Δfc 4 /Δf 0 was 0.991 when the non-bonded area ratio of the two band-shaped non-bonded regions was 9.8%.

図6(e)は、接着層4の比較例5の構成を示している。比較例5は、面外振動モードAの腹線C1-C1´と節線D1-D1´の中間部及び腹線C3-C3´と節線D2-D2´の中間部のそれぞれに圧電セラミックス1の長手方向(X方向)に延びる2本の帯状の非接着領域が設けられた構成となっている。2本の帯状の非接着領域の非接着面積率を9.8%とした場合のΔfc/Δfの値は0.994となった。 FIG. 6E shows the configuration of Comparative Example 5 of the adhesive layer 4 . In Comparative Example 5, the piezoelectric ceramic 1 Two belt-shaped non-bonded regions extending in the longitudinal direction (X direction) are provided. The value of Δfc 5 /Δf 0 was 0.994 when the non-bonded area ratio of the two strip-shaped non-bonded regions was 9.8%.

図6(f)は、接着層4の比較例6の構成を示している。比較例6は、面外振動モードAの節線及び腹線と交差するように、圧電セラミックス1の長手方向(X方向)の中央部に短手方向(Y方向)に延びる1本の帯状の非接着領域が設けられた構成となっている。1本の帯状の非接着領域の非接着面積率を5.0%とした場合のΔfc/Δfの値は0.959となった。 FIG. 6( f ) shows the configuration of Comparative Example 6 of the adhesive layer 4 . In Comparative Example 6, one belt-like member extending in the transverse direction (Y direction) at the central portion in the longitudinal direction (X direction) of the piezoelectric ceramic 1 so as to intersect the nodal line and antinode line of the out-of-plane vibration mode A It has a configuration in which a non-bonded area is provided. The value of Δfc 6 /Δf 0 was 0.959 when the non-bonded area ratio of one band-shaped non-bonded region was 5.0%.

図7(a)は、実施例1~5での非接着面積率とΔfex/Δfの値との関係を示す図である。図7(b)は、比較例1~6での非接着面積率とΔfc/Δfの値との関係を示す図である。なお、実施例1~3では、非接着領域の幅(Y方向長さ)や長さ(X方向長さ)を変更し、非接着面積率が14.6%に至ったところで非接着領域が同一形状となるように調整した。 FIG. 7(a) is a diagram showing the relationship between the non-bonded area ratio and the value of Δfex/ Δf0 in Examples 1 to 5. FIG. FIG. 7B is a diagram showing the relationship between the non-bonded area ratio and the value of Δfc/Δf 0 in Comparative Examples 1-6. In Examples 1 to 3, the width (length in the Y direction) and length (length in the X direction) of the non-bonded region were changed, and when the non-bonded area ratio reached 14.6%, the non-bonded region adjusted to have the same shape.

図7(a),(b)において、Δfex/Δfの値が1より大きいということは、面外振動モードA,B間の共振周波数差Δfが大きいこと、つまり、消費電力を抑える効果が大きいことを意味する。一方、Δfc/Δfの値が1より小さいということは、面外振動モードA,B間の共振周波数差Δfが小さいこと、つまり、消費電力を抑える効果が得られないことがわかる。よって、実施例1~5のように、面外振動モードAの節線を中心とした領域に非接着領域を設けて非接着面積率を大きくすることで、消費電力を抑えることができることがわかる。一方、比較例2~6のように、面外振動モードAの腹線を中心とした領域に非接着領域を設けた場合には、消費電力を抑える効果が得られていないことがわかる。 In FIGS. 7A and 7B, the fact that the value of Δfex/ Δf0 is greater than 1 means that the resonance frequency difference Δf between the out-of-plane vibration modes A and B is large, that is, the power consumption can be reduced. means big. On the other hand, the fact that the value of Δfc/ Δf0 is smaller than 1 means that the resonance frequency difference Δf between the out-of-plane vibration modes A and B is small, that is, it can be seen that the effect of suppressing power consumption cannot be obtained. Therefore, as in Examples 1 to 5, power consumption can be suppressed by providing a non-bonded region in the region centered on the nodal line of the out-of-plane vibration mode A to increase the non-bonded area ratio. . On the other hand, as in Comparative Examples 2 to 6, when the non-adhesive region is provided in the region centered on the antinode of the out-of-plane vibration mode A, the effect of suppressing the power consumption is not obtained.

なお、振動子100が図2に示したように突起部51を備える場合において突起部51の内側が空洞である場合には、突起部51の内側の領域は圧電素子101と接着されない非接着領域となる。この場合、実施例1~5での非接着領域に加えて、突起部51の内側の非接着領域の非接着面積率が20%程度存在しても構わない。つまり、実施例1~5の非接着領域が形成されていれば、突起部51の内側に非接着領域が更に形成されたとしても、共振周波数差Δfを比較例1よりも大きくすることができる。但し、全体の非接着面積率が大きくなり過ぎると、圧電素子101に励起された振動が弾性体5に伝わり難くなる問題や振動子100が破壊され易くなる(圧電素子101と弾性体5とが剥離し易くなる)等の問題が生じる可能性がある。よって、圧電セラミックス1において弾性体5と対向する面積に対する非接着領域の面積の比率である非接着面積率は40%未満とすることが望ましい。 In the case where the vibrator 100 is provided with the protrusion 51 as shown in FIG. 2 and the inside of the protrusion 51 is hollow, the area inside the protrusion 51 is a non-bonded area where the piezoelectric element 101 is not bonded. becomes. In this case, in addition to the non-bonded areas in Examples 1 to 5, the non-bonded area ratio of the non-bonded area inside the protrusion 51 may be about 20%. That is, if the non-bonded regions of Examples 1 to 5 are formed, the resonance frequency difference Δf can be made larger than that of Comparative Example 1 even if the non-bonded region is further formed inside the protrusion 51. . However, if the total non-bonded area ratio becomes too large, there is a problem that the vibration excited by the piezoelectric element 101 is difficult to transmit to the elastic body 5, and the vibrator 100 is likely to be broken (the piezoelectric element 101 and the elastic body 5 are likely to break). It becomes easy to peel off) and other problems may occur. Therefore, it is desirable that the non-bonded area ratio, which is the ratio of the area of the non-bonded region to the area facing the elastic body 5 in the piezoelectric ceramics 1, is less than 40%.

また、前述の通り、弾性体5にはステンレス材等の金属部材が用いられる。ここで、弾性体5のヤング率が小さいと、振動子100の曲げ振動の中立面が弾性体5側から圧電セラミックス1側にシフトし、その結果、振動子100の振動変位量が低下するおそれがある。そこで、圧電セラミックスの20℃におけるヤング率Yceと弾性体5の20℃におけるヤング率Ysbとは、Yce<Ysbの関係にあることが望ましい。ここで、20℃を例に挙げているのは、一般的な振動子100の一般的な使用温度の平均値を考慮したものである。なお、弾性体5のヤング率が小さい場合には、弾性体5の厚さを大きくして中立面を弾性体5側に調整することも可能であるが、この方法では振動子100が大型化してしまう。よって、振動子100を小型化する観点からも、弾性体5には、圧電セラミックス1よりもヤング率の大きい材料を用いることが望ましい。 Further, as described above, a metal member such as stainless steel is used for the elastic body 5 . Here, when the Young's modulus of the elastic body 5 is small, the neutral plane of bending vibration of the vibrator 100 shifts from the elastic body 5 side to the piezoelectric ceramics 1 side, and as a result, the vibration displacement amount of the vibrator 100 decreases. There is a risk. Therefore, it is desirable that the Young's modulus Yce of the piezoelectric ceramic at 20° C. and the Young's modulus Ysb of the elastic body 5 at 20° C. have a relationship of Yce<Ysb. Here, the reason why 20° C. is used as an example is to take into consideration the average value of the general operating temperature of the general vibrator 100 . If the Young's modulus of the elastic body 5 is small, it is possible to increase the thickness of the elastic body 5 and adjust the neutral plane toward the elastic body 5 side. become. Therefore, from the viewpoint of miniaturizing the vibrator 100 as well, it is desirable to use a material having a Young's modulus larger than that of the piezoelectric ceramics 1 for the elastic body 5 .

更に、振動子100では、面外振動モードAの2本の節線の長さ方向における非接着領域の長さ割合Nn(%)が、2本の節線の中間に位置する腹線の長さ方向における非接着領域の長さ割合Na(%)より大きいことが好ましい。これは、面外振動モードAの節線上に位置する圧電セラミックス1の見かけ上の剛性が低下することで、面外振動モードBの共振周波数に比べて面外振動モードAの共振周波数が選択的に低下し、共振周波数差Δfを大きくすることができるからである。比較例1~6では、Nn≦Naとなっているが、実施例1~5ではNn>Naの条件が満たされている。また、一般的に、圧電素子101の形状が複雑となるにしたがって、また、対称性が低くなるにしたがって、多くの振動モードが現れる。そのため、所望の振動モード以外の振動の発生を抑制する観点から、非接着領域は圧電素子101の中心を通るXZ平面又はYZ平面に対して対称に設けることが望ましい。 Furthermore, in the vibrator 100, the length ratio Nn (%) of the non-bonded region in the length direction of the two nodal lines in the out-of-plane vibration mode A is the length of the anti-node line located between the two nodal lines. It is preferably greater than the length ratio Na (%) of the non-bonded region in the longitudinal direction. This is because the apparent rigidity of the piezoelectric ceramic 1 located on the nodal line of the out-of-plane vibration mode A decreases, and the resonance frequency of the out-of-plane vibration mode A is more selective than the resonance frequency of the out-of-plane vibration mode B. , and the resonance frequency difference Δf can be increased. In Comparative Examples 1 to 6, Nn≦Na, but in Examples 1 to 5, the condition of Nn>Na is satisfied. In general, more vibration modes appear as the shape of the piezoelectric element 101 becomes more complicated and as the symmetry becomes lower. Therefore, from the viewpoint of suppressing the occurrence of vibrations other than the desired vibration mode, it is desirable to provide the non-bonded regions symmetrically with respect to the XZ plane or the YZ plane passing through the center of the piezoelectric element 101 .

ところで、本発明は、非鉛系圧電セラミックスを用いた振動子で所望の振動変位を得る際の消費電力の抑制を目的としてなされたものであるが、上記説明の通り、圧電材料そのものではなく、接着層4の形態を特徴としている。そのため、上述した接着層4の実施例1~5の形態は、非鉛系圧電セラミックスを用いた振動子に限らず、鉛系圧電セラミックスを用いた振動子にも適用が可能となる。つまり、鉛系圧電セラミックスを用いた振動子に実施例1~5で例示した接着層4の形態を取り入れることによって、従来よりも消費電力を小さくすることができる。 By the way, the present invention has been made for the purpose of suppressing power consumption when obtaining a desired vibration displacement in a vibrator using lead-free piezoelectric ceramics. The morphology of the adhesive layer 4 is characteristic. Therefore, the adhesive layer 4 of Examples 1 to 5 described above can be applied not only to vibrators using lead-free piezoelectric ceramics, but also to vibrators using lead-based piezoelectric ceramics. In other words, by adopting the form of the adhesive layer 4 exemplified in Examples 1 to 5 in a vibrator using lead-based piezoelectric ceramics, power consumption can be made smaller than in the prior art.

次に、圧電素子101の駆動について説明する。図8は、本発明の圧電素子101と振動子100を用いた振動波駆動装置の一実施形態を示している。圧電素子101Aのアスペクト比(長辺長さ/短辺長さ)は、圧電素子101のアスペクト比と異なるが、面外振動モードA,Bの振動を同時に励起可能であれば、圧電素子のアスペクト比は限定されない。圧電素子101Aに接合される弾性体5の形状は、圧電素子101Aの形状に合わせて設計することができる。 Next, driving of the piezoelectric element 101 will be described. FIG. 8 shows an embodiment of a vibration wave driving device using the piezoelectric element 101 and vibrator 100 of the present invention. The aspect ratio (long side length/short side length) of the piezoelectric element 101A is different from the aspect ratio of the piezoelectric element 101A. The ratio is not limited. The shape of the elastic body 5 joined to the piezoelectric element 101A can be designed according to the shape of the piezoelectric element 101A.

圧電素子101Aは、圧電セラミックス1の一方の面に共通電極21(第1電極)が設けられ、他方の面に駆動電極31a,31b(第2電極)が設けられ、駆動電極31a,31bが設けられた面に給電部材7が取り付けられた構成となっている。圧電素子101Aにおいて共通電極21が形成されている面は、不図示の弾性体と不図示の接着層を介して接着され、接着層は上述した実施例1~5の形態を有するように形成される。図8には、共通電極21の全体は示されていない。共通電極21は、圧電セラミックス1において駆動電極31a,31bが形成されている面の反対側の面の略全体に設けられ、且つ、圧電セラミックス1の長辺の中央部から側面を這って駆動電極31a,31bが形成されている面へ引き出されている。駆動電極31a,31bが形成されている面に共通電極21の引き出し部を設けるために、駆動電極31a,31bは、X方向に所定の間隙を設けて形成されている。 In the piezoelectric element 101A, a common electrode 21 (first electrode) is provided on one surface of the piezoelectric ceramics 1, drive electrodes 31a and 31b (second electrodes) are provided on the other surface, and drive electrodes 31a and 31b are provided. The power supply member 7 is attached to the surface where the power supply member 7 is mounted. The surface of the piezoelectric element 101A on which the common electrode 21 is formed is adhered via an elastic body (not shown) and an adhesive layer (not shown), and the adhesive layer is formed to have the form of Examples 1 to 5 described above. be. The entire common electrode 21 is not shown in FIG. The common electrode 21 is provided on substantially the entire surface of the piezoelectric ceramics 1 opposite to the surface on which the drive electrodes 31a and 31b are formed, and extends from the center of the long side of the piezoelectric ceramics 1 along the side surfaces of the piezoelectric ceramics 1 to the drive electrodes. It is pulled out to the surface where 31a and 31b are formed. The drive electrodes 31a and 31b are formed with a predetermined gap in the X direction in order to provide the lead portion of the common electrode 21 on the surface on which the drive electrodes 31a and 31b are formed.

給電部材7は、例えば、フレキシブルプリント基板であり、給電線71とアース線72を含む。給電部材7は、給電線71が駆動電極31a,31bと電気的に接続され、アース線72が共通電極21の引き出し部と電気的に接続されるように、圧電セラミックス1において駆動電極31a,31bが設けられている面に取り付けられる。 The power supply member 7 is, for example, a flexible printed circuit board and includes a power supply line 71 and a ground line 72 . The power supply member 7 has the drive electrodes 31a and 31b in the piezoelectric ceramics 1 so that the power supply line 71 is electrically connected to the drive electrodes 31a and 31b and the ground line 72 is electrically connected to the lead portion of the common electrode 21 . is attached to the surface on which the

電源から給電部材7の給電線71を通じて、駆動電極31bに交番電圧V1を印加すると同時に、交番電圧V1と振幅(電圧)の絶対値が同じ交番電圧V2を駆動電極31aに印加する。ここで、交番電圧V1,V2を面外振動モードAの共振周波数f付近の周波数で同位相にすると、圧電素子101A全体(駆動電極31a,31b)が伸縮する。その結果、圧電素子101Aを用いた振動子には、面外振動モードAの振動が発生する。また、交番電圧V1,V2を面外振動モードBの共振周波数f付近の周波数で位相を180°ずらして印加すると、圧電素子101Aにおいて駆動電極31a,31bがそれぞれ形成されている領域では、一方が縮むと他方が伸びる変形が生じる。その結果、圧電素子101Aを用いた振動子には、面外振動モードBの振動が発生する。こうして、面外振動モードA,Bのそれぞれの振動を単独で励起したときの周波数を、例えば、インピーダンスアナライザを用いて測定することにより、面外振動モードA,Bのそれぞれの共振周波数f,fを測定することできる。 An alternating voltage V1 is applied to the drive electrode 31b from the power source through the power supply line 71 of the power supply member 7, and at the same time, an alternating voltage V2 having the same absolute value of amplitude (voltage) as that of the alternating voltage V1 is applied to the drive electrode 31a. Here, when the alternating voltages V1 and V2 are made to have the same phase at a frequency near the resonance frequency fA of the out-of-plane vibration mode A , the entire piezoelectric element 101A (drive electrodes 31a and 31b) expands and contracts. As a result, vibration of the out-of-plane vibration mode A occurs in the vibrator using the piezoelectric element 101A. Further, when the alternating voltages V1 and V2 are applied at a frequency near the resonance frequency fB of the out-of-plane vibration mode B with a phase shift of 180°, in the regions of the piezoelectric element 101A where the driving electrodes 31a and 31b are respectively formed, one One shrinks and the other stretches. As a result, vibration of the out-of-plane vibration mode B occurs in the vibrator using the piezoelectric element 101A. In this way, by measuring the frequencies when the respective vibrations of the out-of-plane vibration modes A and B are independently excited using, for example, an impedance analyzer, the resonance frequencies f A and f A of the out-of-plane vibration modes A and B fB can be measured.

交番電圧V1,V2の位相差θを0°と180°の間(0°<θ<180°)とすると、面外振動モードA,Bのそれぞれの振動を位相差が90°ずれた状態(振動の位相差は必ず90°又は-90°のいずれかになる)で同時に励起することができる。また、交番電圧V1,V2の位相差θを変更することにより、面外振動モードA,Bのそれぞれの振幅を調整することができる。 If the phase difference θ between the alternating voltages V1 and V2 is between 0° and 180° (0°<θ<180°), the vibrations of the out-of-plane vibration modes A and B have a phase difference of 90° ( The phase difference of the oscillations must be either 90° or −90°). Further, by changing the phase difference θ between the alternating voltages V1 and V2, the amplitudes of the out-of-plane vibration modes A and B can be adjusted.

次に、振動子100(100A)を用いた振動型アクチュエータの具体例について説明する。図9は、振動型アクチュエータの概略構成を示す斜視図である。振動型アクチュエータを構成する振動子100は、図2(a),(b)に示した構造を有しており、被駆動体8が突起部51の先端とZ方向で接触するように配置された構成となっている。2つの突起部51は、弾性体5の中心を通るXZ平面又はYZ平面に対して対称に設けられることが望ましく、これにより、振動子100が突起部51において被駆動体8から受ける反力の偏りが小さくなり、安定した接触状態を維持することができる。 Next, a specific example of a vibration type actuator using the vibrator 100 (100A) will be described. FIG. 9 is a perspective view showing a schematic configuration of a vibration type actuator. A vibrator 100 constituting a vibration type actuator has the structure shown in FIGS. It has a configuration. The two protrusions 51 are desirably provided symmetrically with respect to the XZ plane or the YZ plane passing through the center of the elastic body 5 . The bias is reduced and a stable contact state can be maintained.

図8を参照して説明したように、面外振動モードA,Bのそれぞれの振動を位相差が90°ずれた状態で振動子100に振動を励起する。これにより、突起部51の先端にZX面内で楕円運動を生じさせることができ、突起部51の先端に生じる楕円運動によって被駆動体8は突起部51から推力を受け、振動子100と被駆動体8はX方向において相対移動することができる。2つの突起部51は、面外振動モードAの腹線上、且つ、面外振動モードBの節線上に設けられることが望ましく、突起部51の先端と被駆動体8とは所定の圧力で加圧接触していることが望ましい。これにより、振動子100で発生する振動によって突起部51の先端に生じる楕円運動を用いて、被駆動体8に効率的に推力を与えることができる。 As described with reference to FIG. 8, the vibrator 100 is excited to vibrate in the out-of-plane vibration modes A and B with a phase difference of 90°. As a result, the tip of the protrusion 51 can be caused to make an elliptical motion in the ZX plane. The driver 8 is relatively movable in the X direction. The two protrusions 51 are desirably provided on the antinode of the out-of-plane vibration mode A and on the nodal line of the out-of-plane vibration mode B, and the tips of the protrusions 51 and the driven body 8 are applied with a predetermined pressure. Pressure contact is desirable. As a result, it is possible to efficiently apply a thrust force to the driven body 8 by using the elliptical motion generated at the tip of the protrusion 51 by the vibration generated by the vibrator 100 .

次に、振動子100を用いた電子機器の一例である光学機器について説明する。図9に示した振動型アクチュエータにおける移動体を光学部材と力学的に接続することで、光学部材を所定の方向に移動させることができる。なお、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又は他の部材を介して接触している状態を指す。なお、振動型アクチュエータでは、振動子100と被駆動体8の一方が所定位置に固定され他方が動くため、前述の移動体とは、振動子100と被駆動体8のうち実際に動く部材を指す。 Next, an optical device, which is an example of an electronic device using the vibrator 100, will be described. By dynamically connecting the moving body in the vibration type actuator shown in FIG. 9 to the optical member, the optical member can be moved in a predetermined direction. Note that mechanical connection refers to a state in which one member is in direct contact so that force generated by coordinate fluctuation, volume change, or shape change is transmitted to the other member, or contact is made through another member. It refers to the state where In the vibration type actuator, one of the vibrator 100 and the driven body 8 is fixed at a predetermined position and the other moves. Point.

図10は、光学機器200の概略構成を示す斜視図である。光学機器200は、具体的には、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置のレンズ鏡筒の内部に配置されるフォーカスレンズを撮影光軸方向に移動させる機構である。光学機器200において、矩形状の被駆動体8が振動子100と加圧接触しており、被駆動体8は光学機器200が配置されるレンズ鏡筒内の所定位置に固定されている。 FIG. 10 is a perspective view showing a schematic configuration of the optical device 200. As shown in FIG. Specifically, the optical device 200 is a mechanism for moving a focus lens arranged inside a lens barrel of an imaging device such as a digital camera or a digital video camera in the shooting optical axis direction. In the optical device 200, a rectangular driven body 8 is in pressure contact with the vibrator 100, and the driven body 8 is fixed at a predetermined position within the lens barrel in which the optical device 200 is arranged.

振動子100(の弾性体5)は、不要な振動が発生しないように溶接等により保持部材211に保持されている。保持部材211には、ビス213を用いて移動筐体212が固定されており、これにより、保持部材211、移動筐体212及び振動子100は一体となっている。移動筐体212は、レンズ鏡筒内の所定位置に固定された2本のガイド部材214に対して摺動可能に嵌合しており、ガイド部材214の長さ方向に移動可能となっている。 The vibrator 100 (the elastic body 5 thereof) is held by a holding member 211 by welding or the like so as not to generate unnecessary vibrations. A movable housing 212 is fixed to the holding member 211 using screws 213, whereby the holding member 211, the movable housing 212, and the vibrator 100 are integrated. The movable housing 212 is slidably fitted to two guide members 214 fixed at predetermined positions in the lens barrel, and is movable in the length direction of the guide members 214. .

レンズ保持部材215は、フォーカスレンズ216を保持しており、フォーカスレンズ216の光軸がガイド部材214の長さ方向と略平行となるように2本のガイド部材214に対して摺動可能に嵌合している。保持部材211には連結部材217が取り付けられており、連結部材217は、ガイド部材214の長さ方向にがたつきが生じないようにレンズ保持部材215を移動筐体212に連結する。これにより、レンズ保持部材215は、移動筐体212と一体的に滑らかに2本のガイド部材214の長さ方向に移動することができる。 The lens holding member 215 holds the focus lens 216 and is slidably fitted to the two guide members 214 so that the optical axis of the focus lens 216 is substantially parallel to the length direction of the guide members 214 . are in agreement. A connecting member 217 is attached to the holding member 211 , and the connecting member 217 connects the lens holding member 215 to the moving housing 212 so that the guide member 214 does not rattle in the longitudinal direction. As a result, the lens holding member 215 can smoothly move in the length direction of the two guide members 214 integrally with the moving housing 212 .

振動子100に接続された給電部材7を通して不図示の電源から所定の交番電圧が振動子100に供給されると、図8及び図9を参照して説明したように、振動子100の突起部51(図10に不図示)に楕円運動が発生する。これにより、移動筐体212、レンズ保持部材215、保持部材211及び振動子100が一体的にガイド部材214にガイドされて被駆動体8の長手方向に移動する。つまり、レンズ保持部材215に保持されたフォーカスレンズ216を光軸方向に移動させることで、被写体に焦点を合わせるフォーカス動作を行うことができる。 When a predetermined alternating voltage is supplied from a power source (not shown) to the vibrator 100 through the power supply member 7 connected to the vibrator 100, the protruding portion of the vibrator 100 is generated as described with reference to FIGS. Elliptical motion occurs at 51 (not shown in FIG. 10). As a result, the movable housing 212 , the lens holding member 215 , the holding member 211 and the vibrator 100 are integrally guided by the guide member 214 and moved in the longitudinal direction of the driven body 8 . That is, by moving the focus lens 216 held by the lens holding member 215 in the optical axis direction, it is possible to perform a focusing operation for focusing on the subject.

なお、レンズ保持部材215の側面部にはスケール219が貼り付けられており、振動子100の駆動時には、レンズ鏡筒内の所定位置に固定されたセンサ18でスケール219の位置情報がセンサ218によって読み取られる。センサ218が読み取った位置情報は電源を制御する不図示の制御装置へ送られ、制御装置は電源から振動子100へ供給する交番電圧の電圧や位相を制御する。これにより、フォーカスレンズ216(レンズ保持部材215)を光軸方向の所定位置へ移動させることができる。 A scale 219 is attached to the side surface of the lens holding member 215, and when the vibrator 100 is driven, the position information of the scale 219 is received by the sensor 18 fixed at a predetermined position within the lens barrel. read. The position information read by the sensor 218 is sent to a control device (not shown) that controls the power supply, and the control device controls the voltage and phase of the alternating voltage supplied from the power supply to the vibrator 100 . Thereby, the focus lens 216 (lens holding member 215) can be moved to a predetermined position in the optical axis direction.

<その他の実施形態>
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。例えば、上記実施形態では、略矩形平板状の圧電セラミックス1に第1電極2及び第2電極3a,3bを形成した圧電素子101を取り上げたが、上述した圧電セラミックスを用いた圧電素子の構成は、これに限定されるものではない。つまり、圧電セラミックスの形状は、略矩形に限定されるものではなく、また、平板状に限定されるものでもなく、所望の振動を得ることが可能な形状に設計することができる。更に、略矩形平板状の圧電セラミックス1に対して、図1(b),(c)の構成とは異なる構成で電極を形成することによって、所望の振動を励起することが可能な圧電素子を実現することもできる。
<Other embodiments>
Although the present invention has been described in detail based on its preferred embodiments, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various forms without departing from the gist of the present invention can be applied to the present invention. included. For example, in the above-described embodiment, the piezoelectric element 101 in which the first electrode 2 and the second electrodes 3a and 3b are formed on the substantially rectangular plate-shaped piezoelectric ceramics 1 is taken up. , but not limited to. In other words, the shape of the piezoelectric ceramics is not limited to a substantially rectangular shape, nor is it limited to a flat plate shape, and can be designed in a shape that allows desired vibration to be obtained. Furthermore, a piezoelectric element capable of exciting a desired vibration is provided by forming electrodes in a configuration different from the configuration shown in FIGS. It can also be realized.

また、上記実施形態では、振動型アクチュエータを用いた電子機器として、振動型アクチュエータを用いてフォーカスレンズ216を撮影光軸方向に移動させる機構を備える撮像装置を取り上げた。しかし、振動型アクチュエータは、撮像装置において、ズームレンズを撮影光軸方向に移動させる機構や、像ブレ補正のためにレンズ鏡筒内に配置される像ブレ補正レンズを撮影光軸と直交する面内で駆動する機構にも適用が可能である。更に、振動型アクチュエータは、撮像装置本体に実装される撮像素子を撮像面と平行な面内で駆動することで像ブレ補正を行う機構への適用も可能である。振動型アクチュエータの適用例は撮像装置に限定されるものではなく、種々の電子機器において位置決めが必要な部材を駆動する駆動機構に用いることができ、これにより、低消費電力の電子機器を実現することができる。 Further, in the above-described embodiments, as an electronic device using a vibration-type actuator, an imaging apparatus having a mechanism for moving the focus lens 216 in the photographing optical axis direction using a vibration-type actuator was taken up. However, vibration-type actuators are used in image pickup devices such as a mechanism for moving a zoom lens in the shooting optical axis direction, and an image blur correction lens arranged in a lens barrel for image blur correction on a plane orthogonal to the shooting optical axis. It can also be applied to a mechanism that drives inside. Furthermore, the vibration type actuator can be applied to a mechanism that corrects image blur by driving an imaging device mounted on the imaging apparatus main body in a plane parallel to the imaging surface. Application examples of vibration actuators are not limited to imaging devices, but can be used in drive mechanisms that drive members that require positioning in various electronic devices, thereby realizing electronic devices with low power consumption. be able to.

1 圧電セラミックス
2 第1電極
3a,3b 第2電極
4 接着層
5 弾性体
8 被駆動体
100 振動子
101,101A 圧電素子
200 光学機器
Reference Signs List 1 piezoelectric ceramics 2 first electrode 3a, 3b second electrode 4 adhesive layer 5 elastic body 8 driven body 100 vibrator 101, 101A piezoelectric element 200 optical device

Claims (9)

圧電セラミックスと電極を備えた圧電素子と弾性体とが接着層を介して接着されてなる振動子であって、
前記接着層は、前記接着層の厚さ方向に投影して前記圧電素子と前記弾性体とが重なる領域における、前記振動子に一次の面外曲げ振動モードの振動が励起された際の前記振動の節線の近傍領域、前記圧電素子と前記弾性体とを接着しない非接着領域を有することを特徴とする振動子。
A vibrator in which a piezoelectric element having piezoelectric ceramics and electrodes and an elastic body are bonded via an adhesive layer,
The adhesive layer is configured to generate the vibration when the vibrator is excited to vibrate in a primary out-of-plane bending vibration mode in a region where the piezoelectric element and the elastic body overlap when projected in the thickness direction of the adhesive layer. A vibrator characterized by having a non-adhesive region in which the piezoelectric element and the elastic body are not adhered in a region near the nodal line of the vibrator.
前記弾性体に対する前記圧電素子の接着面の全面積に対する前記非接着領域の面積の比率は40%未満であることを特徴とする請求項1に記載の振動子。 2. The vibrator according to claim 1, wherein the ratio of the area of said non-bonded region to the total area of the bonding surface of said piezoelectric element to said elastic body is less than 40%. 前記弾性体の20℃におけるヤング率は前記圧電セラミックスの20℃におけるヤング率よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の振動子。 2. The vibrator according to claim 1, wherein Young's modulus of said elastic body at 20.degree. C. is greater than Young's modulus of said piezoelectric ceramic at 20.degree. 前記節線の近傍領域は、前記一次の面外曲げモードの振動の腹線よりも前記節線に近い領域であって、前記節線を含む領域であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の振動子。 4. A region near the nodal line is a region closer to the nodal line than an antinode of vibration of the primary out-of-plane bending mode and includes the nodal line. 1. The vibrator according to any one of . 前記非接着領域は、一次の面外曲げ振動波長λに対して、2つの節線それぞれに関し、前記節線と交差する方向に関して0.073λ以内の領域であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の振動子。 2. The non-adhesive region is a region within 0.073λ with respect to each of the two nodal lines with respect to the primary out-of-plane bending vibration wavelength λ with respect to the direction intersecting the nodal lines. 5. The vibrator according to any one of 4. 2本の前記節線の長さ方向における非接着領域の長さ割合Nn(%)は、前記2本の節線の中間に位置する腹線の長さ方向における非接着領域の長さ割合Na(%)より大きいことを特徴とする請求項4に記載の振動子。 The length ratio Nn (%) of the non-bonded region in the length direction of the two nodal lines is the length ratio Na of the non-bonded region in the length direction of the abdominal line located between the two node lines. (%). 前記圧電素子と前記弾性体はそれぞれ、略矩形で平板状の形状を有し、
前記振動子に前記一次の面外曲げ振動モードの振動が励起された際に、前記振動の節線は前記圧電素子の長辺に略平行に現れることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の振動子。
each of the piezoelectric element and the elastic body has a substantially rectangular plate-like shape,
7. The vibrator according to any one of claims 1 to 6, wherein when the first-order out-of-plane bending vibration mode vibration is excited in the vibrator, a nodal line of the vibration appears substantially parallel to a long side of the piezoelectric element. or the vibrator according to item 1.
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の振動子と、
前記振動子と接触する被駆動体と、を備えることを特徴とする振動型アクチュエータ。
a vibrator according to any one of claims 1 to 7;
and a driven body that contacts the vibrator.
請求項8に記載の振動型アクチュエータと、
前記振動型アクチュエータと接した部材と、を備えることを特徴とする電子機器。
a vibration type actuator according to claim 8;
and a member in contact with the vibration type actuator.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013193048A (en) 2012-03-21 2013-09-30 Canon Inc Vibration device, drive device having the vibration device, and optical device
JP2013201887A (en) 2012-02-23 2013-10-03 Canon Inc Vibration type driving device and imaging apparatus
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Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07308086A (en) * 1994-05-10 1995-11-21 Ceratec:Kk Piezoelectric actuator

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013201887A (en) 2012-02-23 2013-10-03 Canon Inc Vibration type driving device and imaging apparatus
JP2013193048A (en) 2012-03-21 2013-09-30 Canon Inc Vibration device, drive device having the vibration device, and optical device
JP2016086619A (en) 2014-10-29 2016-05-19 キヤノン株式会社 Vibration type drive device, barrel, imaging apparatus and stage device
JP2016140180A (en) 2015-01-27 2016-08-04 キヤノン株式会社 Vibration type driving device and apparatus using the same as driving source
JP2017022846A (en) 2015-07-09 2017-01-26 キヤノン株式会社 Vibrator, vibration actuator, and ultrasonic motor
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