压电振动器及超声波电动机制造技术

本发明专利技术获得一种利用Ｂ（１，ｎ）模式（ｎ为自然数）的、相位相差９０°的两个驻波来产生行波的压电振动器，所述压电振动器能实现压电元件成形工序、极化工序、以及制造工序的简化，从而能降低成本。为了通过Ｂ（１，ｎ）模式的、相位相差９０°的两个驻波的合成来产生ｎ波行波，在振动体（４）的下表面上设置有（４／３）ｎ片压电元件（５～１６），在将该行波的波长设为λ时，压电元件（５～１６）具有占据相当于（１／２）λθ的中心角的周向长度，且多片压电元件（５～１６）隔开占据相当于（１／４）λθ的中心角的间隔而配置，各压电元件具有沿厚度方向进行极化的压电体、以及形成于压电体两面的一对电极，对于所述旋转方向上的每两片压电元件的压电体，使极化方向为厚度方向的一个方向或另一个方向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种利用压电效应产生行波的压电振动器、以及利用由该压电振动器所产生的行波的超声波电动机。
技术介绍
以往，提出了各种利用压电效应的超声波电动机。在下述专利文献1中，揭示了一种具有将圆板状的压电元件粘贴在圆板状的振动体的单面上而形成的定子的超声波电动机。图8(a)是表示专利文献1所揭示的超声波电动机的简要主视剖视图，图8(b)是用于对下表面的压电元件的极化结构进行说明的振动体的示意性俯视图。在专利文献1所揭示的超声波电动机101中，产生两个B(U)模式的相位相差 90°的驻波，通过合成这两个驻波来产生行波。超声波电动机101包括支承板102。在支承板102的中央安装有中心轴103。中心轴103从支承板102的中央向上方延伸。在中心轴103上固定有定子104，从而，利用中心轴103和支承板102来将定子104进行保持。定子104包括圆板状的振动体105、以及粘贴于振动体105的下表面的圆板状的压电元件106。如图8(b)所示，压电元件106被划分成12个中心角为30°的扇形区域。如图示的标号+或-所表示的那样，在厚度方向上将各扇形区域进行极化。用+来表示的扇形区域、以及用-来表示的扇形区域表示在厚度方向上沿相反方向进行极化处理。为了要产生B(l，n)模式和Β(0，η)模式(其中，η为自然数)的驻波以获得η波的行波，必须将压电体分割成如个区域。此外，η是自然数。因此，在专利文献1中，为了获得3波的行波， 将压电元件106划分成12个区域。压电元件106具有在经极化后的压电陶瓷板的两面形成有电极的结构。通过对压电元件106施加交流电压，如上所述，用标号+或-来表示的各区域以相反的相位发生振动，从而，安装于压电元件106的振动体105发生振动。利用该振动，在用图8(a)的虚线A 来表示的振动姿态、与用虚线B来表示的振动姿态之间重复移位，从而产生B(Id)模式的驻波。然后，驱动压电元件106以产生两个相位相差90°的驻波，从而产生直径小于振动体 105的行波。在振动体105的上表面上，沿传输上述行波的径向形成有突出部105a，在振动体 105的上表面上配置有未图示的转子，使其与突出部10 相接触。利用中心轴103将转子轴支承于中心轴103的周围，使其成为旋转材料。因而，通过产生上述行波，从而使与突出部10 相接触的转子绕中心轴103的周围旋转。此外，下述的非专利文献1揭示了一种利用了包含上述B(l，3)模式的Β(1，η)模式、和Β(0，η)模式的超声波电动机。专利文献1 日本专利特开平7-194151号公报非专利文献1 《精密控制用新致动装置手册》，日本工业技术振兴协会致动装置研究工作组编，Fuji Techno Systems发行(「精密制御用二-一 7 ^ 工一夕便覧」日本工業技術振興協会団体7 ”子^工一夕研究部会編7 ”” m寸A発行)，第839 第841页，“具有放大功能的盘片型超声波电动机”(「拡大機能&有t m 型超音波 一夕」)
技术实现思路
在专利文献1所揭示的超声波电动机101中，通过合成B(Id)模式的、相位相差 90°的两个驻波来产生行波，从而使转子旋转。虽然这种情况下的旋转效率较高，但在获得超声波电动机101时，必须将大致圆板状的压电元件106分割成12个区域，并对各区域进行极化。因此，压电体的形成工序和极化工序较复杂，进而电极形成也不得不变复杂。因而， 无法降低超声波电动机的成本。本专利技术的目的在于提供一种利用容易获得较大振动能量的、Β(1，η)模式的行波的超声波电动机，所述超声波电动机能实现压电体的成形工序、极化工序、以及电极形成工序的简化，能降低成本，并能容易地利用各种B (1，η)模式。根据本专利技术，提供一种压电振动器，所述压电振动器包括振动体，该振动体具有外边缘呈圆形或多边形的板状体；以及0/3)η片压电元件，该0/3)n片压电元件固定于该振动体的至少一个主面上，从而通过使所述振动体振动来产生η波的行波，所述η波的行波由Β(1，η)模式(其中，η为自然数)的、相位相差90°的两个驻波的合成所产生，并以旋转的方式行进，该0/3)η片压电元件沿所述行波的旋转方向分散配置，在将与所述行波的波长相对应的、绕所述旋转方向中心的中心角设为λ θ时，各压电元件具有与中心角λ Jl 相对应的尺寸，并且相邻的压电元件彼此之间沿所述旋转方向隔开与中心角λ 0/4相对应的间隔而配置，各压电元件具有沿厚度方向极化的压电体、以及形成于压电体的两面的一对电极，对于所述旋转方向上的每两片压电元件的压电体，使极化方向为厚度方向的一个方向或另一个方向。根据本专利技术所涉及的压电振动器的一个特定情况，对所述多片压电元件进行设置，使所述多片压电元件位于所述Β(1，η)模式的驻波的振动波腹上。在这种情况下，能更有效地产生相位不同的两个驻波。在本专利技术所涉及的压电振动器的另一特定情况下，将所述多片压电元件配置于所述Β(1，η)模式的驻波的振动波腹上，所述振动波腹位于该驻波的环状波节的内侧。在这种情况下，能更进一步高效地产生上述驻波。在本专利技术所涉及的压电振动器的又一特定情况下，将所述压电振动器设置于所述 B(Ln)模式的驻波的环状振动波节的内侧，使所述压电振动器未到达该波节的外侧。在这种情况下，由于压电振动器未到达振动的波节的外侧，因此，能抑制反相驻波的产生，从而能抑制驱动效率的降低。在本专利技术中，对压电元件的平面形状没有特别限定，但根据本专利技术的另一特定情况，压电元件具有矩形的平面形状。在这种情况下，能以较高的生产率容易地由母压电体形成多片压电元件。在本专利技术所涉及的压电元件的又一其他特定情况下，在所述振动体的与所述转子相接触的一侧的表面上，还包括以从所述振动体的表面突出的方式进行设置的触点。通过使转子等被驱动的构件与突出的触点的前端相接触，从而能更进一步高效地驱动转子等。根据本专利技术的又一其他特定情况，作为所述触点，在所述振动体的主面上设置有多个触点，所述多个触点分散配置在作为传输所述Β(1，η)模式的振动的行波的区域的、圆环状的区域内。在这种情况下，能更进一步高效地驱动转子等。本专利技术所涉及的超声波电动机包括定子，该定子具有根据本专利技术而构成的压电振动器；以及转子，该转子配置成与该定子相接触，接受由与定子对应产生的行波所引起的振动而旋转。在本专利技术所涉及的压电振动器中，由于在具有板状体的振动体的至少一个主面上，沿行波的旋转方向分散配置有0/3)η片压电元件以成为上述特定关系，因此，能产生行波，该行波由B(l，n)模式的、相位不同的两个驻波的合成所产生。与利用由Β(0，η)模式的驻波的合成所产生的行波的情况相比，该行波能使振动体产生更大的位移。因此，能高效地将转子等由压电振动器来驱动的构件旋转驱动。而且，由于只具有将多片压电元件固定于振动体的至少一个主面上以成为上述特定关系的结构，并且，为了要产生由Β(1，η)模式的、相位相差90°的两个驻波的合成所产生的η波的行波，只要将(4/3) η片单一极化的压电元件进行固定即可，因此，与使用一片具有进行了如分割的极化区域的圆环状或圆板状压电元件的现有例相比，能大幅简化压电元件的成形工序、极化工序、以及电极形成工序，从而能大幅降低成本。附图说明图1 (a)和图1 (b本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种压电振动器，其特征在于，包括：振动体，该振动体具有外边缘呈圆形或多边形的板状体；以及（４／３）ｎ片压电元件，该（４／３）ｎ片压电元件固定于该振动体的至少一个主面上，从而通过使所述振动体振动来产生ｎ波的行波，所述ｎ波的行波由Ｂ（１，ｎ）模式（其中，ｎ为自然数）的、相位相差９０°的两个驻波的合成所产生，并以旋转的方式行进，该（４／３）ｎ片压电元件沿所述行波的旋转方向分散配置，在将与所述行波的波长相对应的、绕所述旋转方向中心的中心角设为λθ时，各压电元件具有与中心角λθ／２相对应的尺寸，并且相邻的压电元件彼此之间沿所述旋转方向隔开与中心角λθ／４相对应的间隔而配置，各压电元件具有沿厚度方向极化的压电体、以及形成于压电体的两面的一对电极，对于所述旋转方向上的每两片压电元件的压电体，使极化方向为厚度方向的一个方向或另一个方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：浅野宏志，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：JP