振动波致动器制造技术

一种振动致动器包括一个振动件以及用来使振动件振动的多个电－机械能量转换元件。电－机械能量转换元件包括多个各有至少四个分隔电极的第一能量转换元件。第一能量转换元件被堆积在一起，并且每个能量转换元件上的在同一相位上的电极都连接在能量转换元件的区域内以便获得电连接。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【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振动波致动器和一种将振动波致动器用作驱动源的系统。棒状超声波发动机已经在，例如日本专利公报3-40767、3-289375号等中公开过。附图说明图13为一棒状超声波振动件的分解透视图，图14则为一棒状超声波发动机的纵向剖面图。在图13所示的振动件中，具有一组两个压电元件PZT1和PZT2的驱动A相压电元件、具有一组两个压电元件PZT3和PZT4的驱动B相压电元件、以及只有单个压电元件的传感压电元件S1堆积(层叠)在一起，如图13所示，而施加电压的电极板A1和A2及输出传感信号的电极板S则安插在这些压电元件中。除了这些电极以外，还安插有GND(接地)电极板G1、G2和G3以便施加GND电位。此外还有由黄铜、不锈钢等构成因而对振动较少衰减的金属块安排在这些压电元件和电极板的前面和后面以便将它们夹紧。用一紧固螺栓C将金属块b1和b2固紧，这些压电元件和电极板便可连结成为一体，并有一压应力施加在压电元件上。这时，为了使用惟一的传感压电元件S1，在紧固螺栓C和金属块b2之间设有绝缘片d。请注意电线等类是用钎焊连结到电极板的突出部上的，并连接到驱动线路(未画出)上。这时，A相和B相压电元件a1和a2之间被安排成具有π/2弧度的角位移。当这些压电元件在包括振动件轴线在内的同一平面内的两个互相垂直的方向上激发出弯曲振动时使它们之间有一适当的时间相位差，振动件的表面质点便会引起圆形的或椭圆形的运动，从而可通过摩擦力驱动一个抵压在振动件上部的可动件。图14所示为将这种振动件用在棒状超声波发动机上的一个实例。在该实例中，振动件的紧固螺栓C在其末稍端部有一小直径的支承柱部C2，因此固定到支承柱部C2的末稍端部上的固定件g能将发动机本身予以固定。紧固螺栓C并用来可转动地支承一个转子r及其类似物。转子r与金属块b1的末稍端部接触，并由于将一螺旋弹簧h从固定件g通过支承件e和齿轮f压入到弹簧套i内而被加压。下面将对这种棒状超声波发动机所用的压电元件作较详细的说明。压电元件PZT1至PZT4中的每一件都是独立件并都以下列方式制造。那就是如图15所示，先将粉末材料压紧并烧结，制备一个压电陶瓷200，然后机加工成一直径为10mm的圆盘，圆盘的两个表面经过研磨使圆盘具有0.5mm的厚度。在圆盘的上表面上形成两个几乎成半圆形而在中间被一狭槽201分隔开的电极膜202-1和202-2，而在整个下表面上则形成一个电极膜203。此后，半圆形电极膜202-1和202-2被极化以致分别获得方向不同的极化极性(+)和(-)，这样来提供压电特性。当这种压电元件被装配成如图13所示的A相压电元件a1时，压电元件PZT1和PZT2连同夹在其间的电极板A1被堆积在一起，使具有同一极化极性的部分互相面对(箭头205表示极化方向)，同时使狭槽互相重合，如图16A和16B所示。并且，GND电极板G1和G2也在垂直方向上堆积。在这种情况下，当将驱动AC电压施加到电极板A1上时，由于图16A和16B中压电元件PZT1和PZT2的左、右部分具有不同的极化特性，如果一部分膨胀，另一部分就会收缩，并且这种动作还会交替重复进行，这样就在振动件上产生弯曲振动。在此应注意B相压电元件所产生的弯曲振动基本上与A相压电元件的情况相同，惟一不同的是B相压电元件的狭槽方向比A相压电元件的情况相同，惟一不同的是B相压电元件的狭槽方向比A相压电元件相差一个π/2的弧度。但是，在上面提到的现有技术中，由于每一个压电元件都要用粉末材料压紧并烧结，完成机加工，然后在形成电极后完成极化过程，因此每一压电元件的制造都需要化费很多的时间和费用。考虑到压电元件在匹配和极化的过程中以及振动件在装配时都需要不断运送，由于机械强度关系压电陶瓷的厚度就不能做得太薄。结果，当需要进一步增加压电元件的层数时，多层压电元件部分便会有一个不希望要的过大的尺寸，这样就打乱了制造小巧的超声波发动机使其直径等于或小于一支铅笔的计划。除此以外，上述制造过程使只有多层结构才能实现的超声波发动机的增加输出和降低驱动电压难于实现。从上述关于现有技术的说明中可以理解，在装配振动件时，要将大量的压电元件和大量的电极板交替堆积起来，并在其后，用钎焊将电线连结到电极板的端部上。结果，装配过程就需要化费很多时间，并且装配的可靠性不能令人满意。在另一方面，如同日本专利公报1-17354号等所公开的，是在一个传统惯用的环形或盘形超声波发动机的振动件中将电致伸缩元件或压电元件固定在一个弹性件，例如具有低振动衰减特性的金属上。使一个可动件(接触件)与弹性件的表面保持压力接触。并将相互间具有时间相位差的高频电压分别施加在并列的电致伸缩元件或压电元件的电极上，从而(相对地)便可驱动可动件(接触件)。在这种振动件所用的每一个压电元件上，一个表面上形成许多分隔开的电极，而另一个连结到弹性件上的表面则形成一个全表面的电极。在一个表面上的许多电极构成与相位数相对应的电极组，在本例中相位数为2，即接受驱动的A相和B相。这些与两个相位对应的电极组被按照相当于1/4波长或1/4波长奇数倍的间隔排列。每一组的许多在不同方向上经受过极化过程的压电元件相互间具有1/2波长的间隔。当将高频电压施加在每一组的具有不同极化方向的压电元件上时，便可激发出一个波长的振动。当设有许多压电元件组时便可形成波数与组数相当的驻波，并且结果能够激发出具有一个或多个波的行波。但是，由于传统的电致伸缩元件或压电元件为单层结构，必须施加数十伏的高频电压才能驱动采用压电元件的超声波发动机以便得到实际可用的输出，便携设备如照相机上作为电源使用的蓄电池的电压是不够用的，必须设有增压线路。这里须注意采用压电元件而由压电元件板堆积而成的堆积式陶瓷致动器是早已为人所知的东西［见KenjiUchino所著，“压电的/电致伸缩的致动器”，Kyoritsu出版社出版］。在该致动器中，只是把具有简单极化方向的压电元件堆积起来。但当要把其上形成许多极化极性交替变化的分隔电极而结构复杂的压电元件板堆积起来时，极化过程和驱动用的接线就会变得非常复杂以致不可能实现这种致动器。本专利技术的一个目的是要提供一种振动波致动器，其中堆积着多个电-机械能转换元件，每一元件在其一个表面上都具有至少四个分隔的电极，并且在这些元件的范围内在同一相位的电极都连接在一起。下面对附图作简要说明图1为按照本专利技术的第一实施例示出其堆积压电元件安排的分解平面图2为按照本专利技术的第二实施例示出其堆积压电元件安排的分解平面图；图3A和3B分别为示出图1中堆积压电元件的板化处理方法的透视图和剖面图；图4A和4B为示出压电元件上电极膜安排的平面图；图5为采用图1所示堆积压电元件的棒状超声波发动机的分解透视图；图6为图5中棒状超声波振动件内所用柔性印刷板的平面图；图7A和7B分别为示出图2中堆积压电元件的极化处理方法的透视图和剖面图；图8为示出图2中堆积压电元件另一种安排的视图；图9为采用图2中堆积压电元件的棒状超声波振动件的分解透视图；图10为示出图9中棒状超声波振动件内所用柔性印刷板的平面图；图11为示出第二实施例内超声波发动机所用驱动线路安排的线路图；图12为一其内装有透镜驱动机构的镜头筒的剖面图，该机构采用具有图1或2所示堆积压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种振动致动器，该器具有： 一个振动件；以及 用来使所说振动件振动的多个电－机械能量转换元件，所说多个电－机械能量转换元件包括多个各有至少四个分隔电极的第一能量转换元件，所说多个第一能量转换元件被堆积在一起，并且所说各该能量转换元件上的在同一相位上的电极都连接在所说能量转换元件的一个区域内以便获得电连接。

【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：小岛信行，奥村一郎，丸山裕，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]