[发明专利]振动波驱动装置、振动波马达用定子、振动波马达、驱动控制系统、光学设备及振动波驱动装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及振动波驱动装置、振动波马达用定子、振动波马达、驱动控制系统、光学设备及振动波驱动装置的制造方法。具体地，本发明涉及向例如环形振动波马达的电极供给电力的馈电构件，在环形振动波马达中电气-机械能量转换元件被用来在振动构件中激励振动并且结果产生的振动能量被用来生成驱动力。

背景技术

振动(振动波)致动器包括当诸如交变电压的电信号施加到诸如压电元件的电气-机械能量转换元件时向环形、长方形或杆形的弹性构件激励驱动振动的振动器。作为振动致动器的例子，提出了振动波马达，其中振动器相对于与振动器压力接触的弹性构件移动。

现在，示意性地描述环形振动波驱动装置、振动波马达用定子、振动波马达和驱动控制系统。环形振动波马达包括具有内直径和外直径的环形压电元件，使得整个圆周长度等于某个长度λ的整数倍。压电元件包括两个驱动区域(驱动相)，每个驱动区域沿环形方向具有等于λ/2的整数倍的圆周长度。这两个驱动相经历沿环形方向以λ/2节距逆转极性的极化处理。因此，当相同方向的电压被施加到驱动相时，由于逆压电效果，驱动相中的压电元件可以沿环形方向对每个λ/2节距交替逆转伸缩。

两个驱动相布置成使得把非驱动区域夹在中间，其中非驱动区域沿环形方向具有等于λ/4的奇数倍的圆周长度。在非驱动区域中，压电元件不经历极化，压电元件不被施以电压，或者压电元件经历了防止电压被有效施加到其的处理。因此，非驱动区域中的压电元件不能主动伸缩。

非驱动区域可以包括用于检测压电材料的振动状态的检测相(检测区域)。在检测相中，压电元件经历了极化处理。因此，当应变由于外力而在检测相中的压电元件中生成时，由于正压电效果，检测相中的压电元件输出与该应变量相符的电压。

振动波驱动装置是通过向压电元件的驱动相提供用于电力供给的电气配线并且向压电元件的检测相提供用于电压检测的电气配线来获得的。由弹性构件形成的膜片被粘结到振动波驱动装置，以获得振动波马达用定子。作为电气配线，通常使用作为集成的馈电构件的柔性印制板。

在振动波马达用定子中，当具有作为振动波马达用定子的固有频率的频率的交变电压施加到环形压电元件的仅一个驱动相时，具有波长λ的驻波沿环形方向跨膜片的整个圆周在膜片中生成。另外，当类似的交变电压施加到仅另一个驱动相时，具有波长λ的驻波类似地沿环形方向跨膜片的整个圆周在膜片中生成。另外，由两个驱动相生成的驻波的节点的位置沿膜片的环形方向彼此偏移λ/4。

每个都具有作为振动波马达用定子的固有频率的频率的交变电压以这样一种方式被施加到振动波马达用定子的两个驱动相，所述方式即频率相同而时间相位差为π/2。于是，由于两个驱动相的驻波的合成，在环形方向行进的具有波长λ的行进波在膜片中生成。

此时，当关注膜片的表面(振动波驱动装置未粘结到其上的表面)的某个点时，一种椭圆运动在膜片的该表面上发生。这种椭圆运动沿环形方向在膜片的所有位置发生，并且由此与膜片表面保持接触的物体可以沿膜片的环形方向移动。另外，当要施加到两个驱动相的交变电压的时间相位差切换成-π/2时，物体移动方向逆转。

通过让被称为转子的环形弹性构件与振动波马达用定子的膜片的表面压力接触，获得振动波马达。要施加到环形压电元件的两个驱动相的交变电压的时间相位差的正或负符号被切换，并且交变电压的量值(magnitude)和交变电压的频率被精细地调整。以这种方式，期望的行进波可以在振动波马达用定子中生成，从而改变转子的旋转方向、扭矩和旋转速度。

通过把驱动电路连接到振动波马达，获得驱动控制系统。驱动电路包括用于比较两个交变电压的相位的相位比较器，以便基于该结果输出作为电压值的相位信息。例如，当振动波马达被驱动时，从检测相输出的交变电压和施加到驱动相的交变电压被输入到相位比较器。然后，基于从相位比较器输出的相位差信息，可以知道离共振状态的偏差。要施加到驱动相的电信号是基于这个信息确定的，以生成期望的行进波。以这种方式，超声波马达的旋转速度得以控制。

另外，作为这种环形振动致动器，已知在PTL1中公开的振动致动器。

在PTL1中公开的超声波马达是环形振动波马达，包括作为振动波马达用定子的致动器，以及作为被称为转子的环形弹性构件的移动元件，其中振动器是通过将作为膜片的弹性构件粘结到振动波驱动装置来获得的，其中作为馈电构件的柔性印制板被提供给作为压电元件的压电主体。