專利名稱：壓電振動(dòng)器及超聲波電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用壓電效應(yīng)產(chǎn)生行波的壓電振動(dòng)器、以及利用由該壓電振動(dòng)器所產(chǎn)生的行波的超聲波電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
以往，提出了各種利用壓電效應(yīng)的超聲波電動(dòng)機(jī)。在下述專利文獻(xiàn)1中，揭示了一種具有將圓板狀的壓電元件粘貼在圓板狀的振動(dòng)體的單面上而形成的定子的超聲波電動(dòng)機(jī)。圖8(a)是表示專利文獻(xiàn)1所揭示的超聲波電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)要主視剖視圖，圖8(b)是用于對(duì)下表面的壓電元件的極化結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明的振動(dòng)體的示意性俯視圖。在專利文獻(xiàn)1所揭示的超聲波電動(dòng)機(jī)101中，產(chǎn)生兩個(gè)B(U)模式的相位相差 90°的駐波，通過(guò)合成這兩個(gè)駐波來(lái)產(chǎn)生行波。超聲波電動(dòng)機(jī)101包括支承板102。在支承板102的中央安裝有中心軸103。中心軸103從支承板102的中央向上方延伸。在中心軸103上固定有定子104，從而，利用中心軸103和支承板102來(lái)將定子104進(jìn)行保持。定子104包括圓板狀的振動(dòng)體105、以及粘貼于振動(dòng)體105的下表面的圓板狀的壓電元件106。如圖8(b)所示，壓電元件106被劃分成12個(gè)中心角為30°的扇形區(qū)域。如圖示的標(biāo)號(hào)+或-所表示的那樣，在厚度方向上將各扇形區(qū)域進(jìn)行極化。用+來(lái)表示的扇形區(qū)域、以及用-來(lái)表示的扇形區(qū)域表示在厚度方向上沿相反方向進(jìn)行極化處理。為了要產(chǎn)生B(l，n)模式和Β(0，η)模式(其中，η為自然數(shù))的駐波以獲得η波的行波，必須將壓電體分割成如個(gè)區(qū)域。此外，η是自然數(shù)。因此，在專利文獻(xiàn)1中，為了獲得3波的行波， 將壓電元件106劃分成12個(gè)區(qū)域。壓電元件106具有在經(jīng)極化后的壓電陶瓷板的兩面形成有電極的結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)壓電元件106施加交流電壓，如上所述，用標(biāo)號(hào)+或-來(lái)表示的各區(qū)域以相反的相位發(fā)生振動(dòng)，從而，安裝于壓電元件106的振動(dòng)體105發(fā)生振動(dòng)。利用該振動(dòng)，在用圖8(a)的虛線A 來(lái)表示的振動(dòng)姿態(tài)、與用虛線B來(lái)表示的振動(dòng)姿態(tài)之間重復(fù)移位，從而產(chǎn)生B(Id)模式的駐波。然后，驅(qū)動(dòng)壓電元件106以產(chǎn)生兩個(gè)相位相差90°的駐波，從而產(chǎn)生直徑小于振動(dòng)體 105的行波。在振動(dòng)體105的上表面上，沿傳輸上述行波的徑向形成有突出部105a，在振動(dòng)體 105的上表面上配置有未圖示的轉(zhuǎn)子，使其與突出部10 相接觸。利用中心軸103將轉(zhuǎn)子軸支承于中心軸103的周圍，使其成為旋轉(zhuǎn)材料。因而，通過(guò)產(chǎn)生上述行波，從而使與突出部10 相接觸的轉(zhuǎn)子繞中心軸103的周圍旋轉(zhuǎn)。此外，下述的非專利文獻(xiàn)1揭示了一種利用了包含上述B(l，3)模式的Β(1，η)模式、和Β(0，η)模式的超聲波電動(dòng)機(jī)。專利文獻(xiàn)1 日本專利特開(kāi)平7-194151號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)1 《精密控制用新致動(dòng)裝置手冊(cè)》，日本工業(yè)技術(shù)振興協(xié)會(huì)致動(dòng)裝置研究工作組編，F(xiàn)uji Techno Systems發(fā)行(「精密制御用二-一 7 ^ 工一夕便覧」日本工業(yè)技術(shù)振興協(xié)會(huì)団體7 ”子^工一夕研究部會(huì)編7 ”” m寸A発行)，第839 第841頁(yè)，“具有放大功能的盤片型超聲波電動(dòng)機(jī)”(「拡大機(jī)能&有t m 型超音波
一夕」)

發(fā)明內(nèi)容
在專利文獻(xiàn)1所揭示的超聲波電動(dòng)機(jī)101中，通過(guò)合成B(Id)模式的、相位相差 90°的兩個(gè)駐波來(lái)產(chǎn)生行波，從而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。雖然這種情況下的旋轉(zhuǎn)效率較高，但在獲得超聲波電動(dòng)機(jī)101時(shí)，必須將大致圓板狀的壓電元件106分割成12個(gè)區(qū)域，并對(duì)各區(qū)域進(jìn)行極化。因此，壓電體的形成工序和極化工序較復(fù)雜，進(jìn)而電極形成也不得不變復(fù)雜。因而， 無(wú)法降低超聲波電動(dòng)機(jī)的成本。本發(fā)明的目的在于提供一種利用容易獲得較大振動(dòng)能量的、Β(1，η)模式的行波的超聲波電動(dòng)機(jī)，所述超聲波電動(dòng)機(jī)能實(shí)現(xiàn)壓電體的成形工序、極化工序、以及電極形成工序的簡(jiǎn)化，能降低成本，并能容易地利用各種B (1，η)模式。根據(jù)本發(fā)明，提供一種壓電振動(dòng)器，所述壓電振動(dòng)器包括振動(dòng)體，該振動(dòng)體具有外邊緣呈圓形或多邊形的板狀體；以及0/3)η片壓電元件，該0/3)n片壓電元件固定于該振動(dòng)體的至少一個(gè)主面上，從而通過(guò)使所述振動(dòng)體振動(dòng)來(lái)產(chǎn)生η波的行波，所述η波的行波由Β(1，η)模式(其中，η為自然數(shù))的、相位相差90°的兩個(gè)駐波的合成所產(chǎn)生，并以旋轉(zhuǎn)的方式行進(jìn)，該0/3)η片壓電元件沿所述行波的旋轉(zhuǎn)方向分散配置，在將與所述行波的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的、繞所述旋轉(zhuǎn)方向中心的中心角設(shè)為λ θ時(shí)，各壓電元件具有與中心角λ Jl 相對(duì)應(yīng)的尺寸，并且相鄰的壓電元件彼此之間沿所述旋轉(zhuǎn)方向隔開(kāi)與中心角λ 0/4相對(duì)應(yīng)的間隔而配置，各壓電元件具有沿厚度方向極化的壓電體、以及形成于壓電體的兩面的一對(duì)電極，對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)方向上的每?jī)善瑝弘娫膲弘婓w，使極化方向?yàn)楹穸确较虻囊粋€(gè)方向或另一個(gè)方向。根據(jù)本發(fā)明所涉及的壓電振動(dòng)器的一個(gè)特定情況，對(duì)所述多片壓電元件進(jìn)行設(shè)置，使所述多片壓電元件位于所述Β(1，η)模式的駐波的振動(dòng)波腹上。在這種情況下，能更有效地產(chǎn)生相位不同的兩個(gè)駐波。在本發(fā)明所涉及的壓電振動(dòng)器的另一特定情況下，將所述多片壓電元件配置于所述Β(1，η)模式的駐波的振動(dòng)波腹上，所述振動(dòng)波腹位于該駐波的環(huán)狀波節(jié)的內(nèi)側(cè)。在這種情況下，能更進(jìn)一步高效地產(chǎn)生上述駐波。在本發(fā)明所涉及的壓電振動(dòng)器的又一特定情況下，將所述壓電振動(dòng)器設(shè)置于所述 B(Ln)模式的駐波的環(huán)狀振動(dòng)波節(jié)的內(nèi)側(cè)，使所述壓電振動(dòng)器未到達(dá)該波節(jié)的外側(cè)。在這種情況下，由于壓電振動(dòng)器未到達(dá)振動(dòng)的波節(jié)的外側(cè)，因此，能抑制反相駐波的產(chǎn)生，從而能抑制驅(qū)動(dòng)效率的降低。在本發(fā)明中，對(duì)壓電元件的平面形狀沒(méi)有特別限定，但根據(jù)本發(fā)明的另一特定情況，壓電元件具有矩形的平面形狀。在這種情況下，能以較高的生產(chǎn)率容易地由母壓電體形成多片壓電元件。在本發(fā)明所涉及的壓電元件的又一其他特定情況下，在所述振動(dòng)體的與所述轉(zhuǎn)子相接觸的一側(cè)的表面上，還包括以從所述振動(dòng)體的表面突出的方式進(jìn)行設(shè)置的觸點(diǎn)。通過(guò)使轉(zhuǎn)子等被驅(qū)動(dòng)的構(gòu)件與突出的觸點(diǎn)的前端相接觸，從而能更進(jìn)一步高效地驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子等。
根據(jù)本發(fā)明的又一其他特定情況，作為所述觸點(diǎn)，在所述振動(dòng)體的主面上設(shè)置有多個(gè)觸點(diǎn)，所述多個(gè)觸點(diǎn)分散配置在作為傳輸所述Β(1，η)模式的振動(dòng)的行波的區(qū)域的、圓環(huán)狀的區(qū)域內(nèi)。在這種情況下，能更進(jìn)一步高效地驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子等。本發(fā)明所涉及的超聲波電動(dòng)機(jī)包括定子，該定子具有根據(jù)本發(fā)明而構(gòu)成的壓電振動(dòng)器；以及轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子配置成與該定子相接觸，接受由與定子對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的行波所引起的振動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。在本發(fā)明所涉及的壓電振動(dòng)器中，由于在具有板狀體的振動(dòng)體的至少一個(gè)主面上，沿行波的旋轉(zhuǎn)方向分散配置有0/3)η片壓電元件以成為上述特定關(guān)系，因此，能產(chǎn)生行波，該行波由B(l，n)模式的、相位不同的兩個(gè)駐波的合成所產(chǎn)生。與利用由Β(0，η)模式的駐波的合成所產(chǎn)生的行波的情況相比，該行波能使振動(dòng)體產(chǎn)生更大的位移。因此，能高效地將轉(zhuǎn)子等由壓電振動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)的構(gòu)件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。而且，由于只具有將多片壓電元件固定于振動(dòng)體的至少一個(gè)主面上以成為上述特定關(guān)系的結(jié)構(gòu)，并且，為了要產(chǎn)生由Β(1，η)模式的、相位相差90°的兩個(gè)駐波的合成所產(chǎn)生的η波的行波，只要將(4/3) η片單一極化的壓電元件進(jìn)行固定即可，因此，與使用一片具有進(jìn)行了如分割的極化區(qū)域的圓環(huán)狀或圓板狀壓電元件的現(xiàn)有例相比，能大幅簡(jiǎn)化壓電元件的成形工序、極化工序、以及電極形成工序，從而能大幅降低成本。


圖1 (a)和圖1 (b)是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的超聲波電動(dòng)機(jī)的定子的立體圖和俯視圖，圖1(c)是用于對(duì)定子中產(chǎn)生的兩個(gè)駐波進(jìn)行說(shuō)明的定子的主視圖。圖2(a)是用于對(duì)固定于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的超聲波電動(dòng)機(jī)的定子上的壓電元件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明的壓電元件的主視剖視圖，圖2(b)是用于對(duì)壓電元件的尺寸和壓電元件之間的距離進(jìn)行說(shuō)明的示意性俯視圖。圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的超聲波電動(dòng)機(jī)的主視圖。圖4是表示在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中、壓電振動(dòng)器中產(chǎn)生的B(l，9)模式的駐波的振動(dòng)的環(huán)狀波節(jié)N的位置、以及位移最大的波腹D的位置的示意性俯視圖。圖5是示意性地表示根據(jù)本發(fā)明利用B(l，3)模式的駐波的壓電振動(dòng)器中的、相位彼此相差90°的B(Id)模式的兩個(gè)駐波的俯視圖。圖6是用于對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的變形例中的壓電元件的位置與駐波之間的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明的示意性主視圖。圖7是本發(fā)明的超聲波電動(dòng)機(jī)的變形例中的定子的俯視圖。圖8(a)是用于對(duì)使用現(xiàn)有的B(l，n)模式的行波的超聲波電動(dòng)機(jī)進(jìn)行說(shuō)明的示意性主視圖，圖8(b)是表示粘貼于定子的下表面的壓電板的極化結(jié)構(gòu)的示意性俯視圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，以闡明本發(fā)明。
圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的超聲波電動(dòng)機(jī)的主視圖。超聲波電動(dòng)機(jī)1包括具有作為本發(fā)明的實(shí)施方式的壓電振動(dòng)器的定子2、以及由定子2旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子3。在本實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子3具有大致圓板狀的形狀，并圍繞該圓板的中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。轉(zhuǎn)子3由金屬、陶瓷、或合成樹(shù)脂等適當(dāng)?shù)膭傂圆牧纤纬?。在本?shí)施方式中，由于在定子2中，產(chǎn)生后述的、相位在時(shí)間上和位置上相差90°的、B(l，9)模式的兩個(gè)駐波，利用這兩個(gè)駐波的合成來(lái)產(chǎn)生行波，因此，能利用該行波來(lái)將轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。圖1 (a)和圖1 (b)是表示定子2的外觀的立體圖和俯視圖，圖1 (c)是用于對(duì)定子 2中產(chǎn)生的駐波進(jìn)行說(shuō)明的示意性主視圖。定子2具有由板狀的彈性體形成的振動(dòng)體4。振動(dòng)體4具有在中央具有貫通孔如的圓板狀的形狀。但是，振動(dòng)體4也可以具有圓環(huán)狀的形狀。另外，振動(dòng)體4的平面形狀并不限于圓形或圓環(huán)形，也可以是正六邊形、正八邊形、或正十變形等正多邊形形狀。在本實(shí)施方式中，上述振動(dòng)體4由磷青銅形成。但是，振動(dòng)體4不一定需要由磷青銅等金屬形成。振動(dòng)體4也可以通過(guò)陶瓷、硅材料或者合成樹(shù)脂等其他彈性體形成。上述振動(dòng)體4通過(guò)穿孔加工等，能容易地形成為正確的形狀。在振動(dòng)體4的下表面4b上，粘貼有多片壓電元件5 16。圖2是示意性地表示壓電元件5的放大主視剖視圖。壓電元件5包括沿厚度方向進(jìn)行極化處理的壓電體fe、形成于壓電體fe的兩面的第一電極5b、以及形成于下表面的第二電極5c?？梢岳孟皲嗏佀徙U類陶瓷這樣的壓電陶瓷或壓電單晶等適當(dāng)?shù)膲弘姴牧蟻?lái)形成上述壓電體fe。第一電極恥和第二電極5c由Al、Ag、Cu、或這些金屬的合金等適當(dāng)?shù)慕饘俨牧闲纬?。壓電元? 16也具有與壓電元件5相同的結(jié)構(gòu)。但是，為了使后述的B(l，9) 模式的、相位相差90°的兩個(gè)駐波激振，在周向上每隔兩個(gè)壓電體，使壓電元件的壓電體的極化方向在壓電體的厚度方向上成為相反方向。即，在壓電元件5、6中，沿從下表面向上表面的方向?qū)弘婓wfe進(jìn)行極化處理，在此情況下，在壓電元件7、8中，沿從上表面向下表面的方向?qū)弘婓w進(jìn)行極化處理。在圖1(b)中，用標(biāo)號(hào)+來(lái)表示壓電體的沿從上表面向下表面的方向的極化方向，用標(biāo)號(hào)-來(lái)表示從下表面向上表面進(jìn)行極化處理的方向。此外，在本實(shí)施方式中，在上述旋轉(zhuǎn)方向上，壓電元件7、8的組與壓電元件5、6的組相鄰配置，但例如也可以在壓電元件5、6的組與壓電元件7、8的組之間，配置一個(gè)沿上述正方向或負(fù)方向?qū)弘婓w進(jìn)行極化的壓電元件。或者，例如也可以在壓電元件5、6的組和壓電元件7、8的組的任意一組中，去除一片壓電元件。雖然這會(huì)導(dǎo)致B(l，9)模式的駐波的激振效率降低，不是優(yōu)選方式，但像這樣部分添加或去除一片或幾片壓電元件的結(jié)構(gòu)并不排除在本發(fā)明的范圍之外。利用未圖示的適當(dāng)?shù)慕雍喜牧?，將上述壓電元? 16固定于振動(dòng)體4的下表面。作為這樣的接合材料，能舉例示出包括適當(dāng)?shù)恼辰觿┖徒饘俚慕雍喜牧系取Ａ硐Σ?，為了?duì)多片壓電元件5 16施加交流電壓，對(duì)壓電元件5 16的下表面的第二電極進(jìn)行適當(dāng)布線。此外，設(shè)置于壓電元件的上表面的第一電極連接到公共布線。在本實(shí)施方式中，如圖1 (b)所示，上述壓電元件5 16具有矩形的平面形狀。因此，在較大的母壓電體的兩面形成電極，并沿厚度方向進(jìn)行了極化，之后，進(jìn)行分割，使壓電元件具有矩形的形狀，從而能容易且高精度地形成多片壓電元件5 16。由此，能實(shí)現(xiàn)極化工序的簡(jiǎn)化。另外，由于只要將多片壓電元件5 16粘貼于振動(dòng)體4的下表面即可，因此， 能實(shí)現(xiàn)定子2的制造工序的簡(jiǎn)化和成本的降低。由此，能降低超聲波電動(dòng)機(jī)1的成本。
上述多片壓電元件5 16在振動(dòng)體4內(nèi)沿某一周向分散配置。更具體而言，對(duì)于產(chǎn)生B(l，9)模式的駐波的圓環(huán)狀區(qū)域，在將與沿該圓環(huán)狀區(qū)域產(chǎn)生的行波的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的中心角設(shè)為λ θ時(shí)，如圖2(b)中示意性地表示的那樣，各壓電元件5、6具有占據(jù)相當(dāng)于 (1/2) λ θ的中心角的周向長(zhǎng)度W，且多片壓電元件5、6隔開(kāi)占據(jù)相當(dāng)于(1/4) λ θ的中心角的間隔S而進(jìn)行配置。剩下的壓電元件7 16也同樣地進(jìn)行配置。更具體而言，在本實(shí)施方式中，沿圖1(b)中用圓板狀振動(dòng)體4的外邊緣4d內(nèi)側(cè)的點(diǎn)劃線示出的虛擬圓D傳送上述行波。因此，多片壓電元件5 16在振動(dòng)體4上的徑向位置如下對(duì)壓電元件5 16進(jìn)行定位，使壓電元件5 16的中心位于虛擬圓D上。在上述定子2中，對(duì)于壓電元件5 16中的第一壓電元件組5、7、9、11、13、15、以及第二壓電元件組6、8、10、12、14、16，施加相位在時(shí)間上不同的兩個(gè)高頻電壓，從而產(chǎn)生相位在位置上和時(shí)間上偏移90°的、B(l，9)模式的兩個(gè)駐波。將這兩個(gè)駐波進(jìn)行合成，產(chǎn)生行波。即，產(chǎn)生在上述虛擬圓D上進(jìn)行傳送的行波。在產(chǎn)生上述行波的情況下，振動(dòng)體4在圖1(c)中用虛線E示出的振動(dòng)姿態(tài)、與用虛線F示出的振動(dòng)姿態(tài)之間重復(fù)振動(dòng)。在這種情況下，由圖1(c)可知，在壓電元件7、12的位于振動(dòng)體4的徑向中心的部分，振動(dòng)體4在上下方向上產(chǎn)生最大的位移。S卩，在振動(dòng)體4 中產(chǎn)生最大位移的部分是上述虛擬圓D上的值。該虛擬圓D相當(dāng)于上述B(l，9)模式的駐波的振動(dòng)的波腹。此外，如圖4中示意俯視圖所示的那樣，在虛擬圓D的外側(cè)，存在相當(dāng)于上述駐波的振動(dòng)的波節(jié)的、環(huán)狀的波節(jié)N。如圖1(c)所示，在該振動(dòng)的波節(jié)N，基本不產(chǎn)生位移，在環(huán)狀的波節(jié)N的外側(cè)，也存在位移較大的振動(dòng)的波腹部分。在本實(shí)施方式中，壓電元件5 16位于相當(dāng)于上述振動(dòng)的波腹的虛擬圓D上，且未到達(dá)振動(dòng)的波節(jié)N的外側(cè)。若壓電元件5 16到達(dá)波節(jié)N的外側(cè)，則壓電元件5 12 也位于以相反相位進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的部分，激振效率會(huì)降低，不是優(yōu)選方式。但是，在振動(dòng)的波節(jié)N的外側(cè)，也可以設(shè)置分別極化成與壓電元件5 16的極性相反的壓電元件。例如，如圖6中用設(shè)置有壓電元件7、13的部分所示的那樣，也可以在壓電元件7、13的外側(cè)設(shè)置壓電元件7A、13A。在該情況下，對(duì)位于振動(dòng)的波節(jié)N的兩側(cè)的壓電元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，也能產(chǎn)生行波。在本實(shí)施方式中，上述壓電元件5 16在振動(dòng)體4上的徑向位置如下對(duì)壓電元件5 16進(jìn)行定位，使該壓電元件5 16的中心位于上述虛擬圓D上。換言之，將壓電元件5 16的中心定位于在產(chǎn)生B(l，9)模式的行波的情況下、成為振動(dòng)頂點(diǎn)的位置。因而， 通過(guò)驅(qū)動(dòng)壓電元件5 16，能高效地使上述B(l，9)模式的行波激振。另外，在該虛擬圓D 上，配置有后述的多個(gè)觸點(diǎn)，從而能提高轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)效率。另外，在本實(shí)施方式中，在上述多片壓電元件5 16中，相對(duì)于振動(dòng)體4的單面的中心對(duì)稱地配置有所述第一組壓電元件5、7、9、11、13、15、以及第二壓電元件組6、8、10、 12、14、16。因而，即使在定子2的制造產(chǎn)生偏差、或轉(zhuǎn)子3的加壓狀態(tài)變得不平衡的情況下， 也不易受到這些影響。由此，能提高超聲波電動(dòng)機(jī)1的動(dòng)作穩(wěn)定性。此外，在使用B(l，n)模式的行波的情況下，與使用已知的B(0，η)模式的行波的情況相比，能提高效率。這是由于，在振動(dòng)體因Β(1，η)模式的行波而振動(dòng)的情況下，位移最大的部分、即傳送上述行波的部分位于圓板狀振動(dòng)體的外邊緣的內(nèi)側(cè)。因此，與利用在圓板狀的振動(dòng)體的外邊緣進(jìn)行傳送的、B(0，η)模式的行波的情況相比，由于振動(dòng)的區(qū)域在徑向上變寬，因此，振動(dòng)能量變大，且在位移最大的部分的位移量變大。因而，與利用Β(0，η)模式的行波的情況相比，通過(guò)利用Β(1，η)模式的行波，能高效地將與定子2相接觸的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。在上述實(shí)施方式中，在上述定子2中，為了更有效地將轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，在振動(dòng)體 4的上表面如上，從振動(dòng)體4的上表面如向上方突出形成有多個(gè)觸點(diǎn)。更具體而言，在振動(dòng)體4的上表面如上，在設(shè)置有虛擬圓D的位置形成有圓環(huán)狀壁17。在圓環(huán)狀壁17的上表面上，在周向上隔開(kāi)規(guī)定的間隔而設(shè)置有多個(gè)沿振動(dòng)體4的徑向延伸的缺口 17a。該相鄰的缺口 17a、17a之間的突出部構(gòu)成一個(gè)觸點(diǎn)17b。因而，從振動(dòng)體4的上表面如向上方突出地設(shè)置有多個(gè)觸點(diǎn)17b。多個(gè)觸點(diǎn)17b分散配置在傳送作為上述行波的、Β(1，η)模式的行波的路徑上。更具體而言，多個(gè)觸點(diǎn)17b沿虛擬圓D的周向分散配置，配置于所述位移最大的部分。由于觸點(diǎn)17b從振動(dòng)體4 一側(cè)沿遠(yuǎn)離振動(dòng)體4的方向突出形成，因此，當(dāng)在振動(dòng)體 4中產(chǎn)生B(l，n)模式的行波、振動(dòng)體4在位于虛擬圓D的部分進(jìn)行移位的情況下，觸點(diǎn)17b 的前端進(jìn)行更大的移位。此外，設(shè)置圖1(a)所示的貫通孔如，使得例如中心軸可以穿過(guò)，該中心軸以轉(zhuǎn)子3 和定子2為軸。在轉(zhuǎn)子3上也設(shè)置有與這樣的貫通孔如相同的貫通孔。因而，例如，如圖 3所示，能利用包含中心軸18和基板19的保持構(gòu)件，將定子2和轉(zhuǎn)子3進(jìn)行保持。在這種情況下，轉(zhuǎn)子3在貫通孔3a處旋轉(zhuǎn)自如地軸支承于中心軸的周圍，定子2在振動(dòng)體4的貫通孔4c處固定于中心軸18。中心軸18適當(dāng)?shù)毓潭ㄓ诨?9。作為上述中心軸18，可以利用金屬或陶瓷等其他適當(dāng)?shù)膭傂圆牧蟻?lái)形成。此外，在上述實(shí)施方式的超聲波電動(dòng)機(jī)1中，雖然沒(méi)有特別進(jìn)行限定，但壓電元件 5 16具有矩形的平面形狀，然而也可以如圖5所示的變形例那樣，采用平面形狀為圓形的壓電元件25 36。另外，也能與矩形的壓電元件5 16同樣容易地形成圓形的壓電元件 25 36。但是，為了要提高來(lái)自母壓電體的生產(chǎn)率，優(yōu)選所述矩形的壓電元件5 16。另外，上述實(shí)施方式示出了利用B(l，9)模式的行波的例子，但也可以利用其他 Β(1, η)模式。例如，在利用Β(1，χ)模式的情況下，將(4/3)χ個(gè)壓電元件沿周向分散配置即可。此外，圖5是用于對(duì)由本發(fā)明所產(chǎn)生的行波進(jìn)行更淺顯的說(shuō)明的示意性俯視圖。 這里，示出了 3波的駐波X和Y。即，在圓板狀的壓電振動(dòng)體41內(nèi)，隔開(kāi)中心角30°的角度而配置有4片壓電元件42 45。各壓電元件42 45具有占據(jù)60°的中心角的旋轉(zhuǎn)方向尺寸。即，由于將3波的駐波Χ、Υ進(jìn)行激振，因此，與行波的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的中心角呈120°， 因而，各壓電元件的旋轉(zhuǎn)方向尺寸具有與中心角120° /2 = 60°相對(duì)應(yīng)的尺寸，相鄰的壓電元件空開(kāi)與120° /4 = 30°的中心角相對(duì)應(yīng)的間隔而相互隔開(kāi)。在這種情況下，如圖所示，將相位相差90°的3波的駐波X、Y進(jìn)行激振，將兩者進(jìn)行合成，產(chǎn)生行波。此外，圖5中的Α+、Α-、Β+、Β_表示壓電體的極化方向，+表示在厚度方向上從上表面向下表面進(jìn)行極化，-表示沿相反方向進(jìn)行極化。另外，A表示是第一組壓電元件42、44，B表示是第二組壓電元件43、45。在圖5中，為了方便圖示，示出了 3波的例子，但對(duì)于上述實(shí)施方式的9波的情況，也能同樣地將相位相差90°的兩個(gè)駐波進(jìn)行激振，通過(guò)兩者的合成來(lái)產(chǎn)生行波。 如上所述，能將本發(fā)明廣泛適用于利用Β(1，η)模式的超聲波電動(dòng)機(jī)，根據(jù)本發(fā)
明，可力圖將極化操作和制造工序簡(jiǎn)化，降低成本。標(biāo)號(hào)說(shuō)明
1超聲波電動(dòng)機(jī)
2定子
3轉(zhuǎn)子
3a貫通孔
4振動(dòng)體
4a上表面
4b下表面
4c貫通孔
4d外邊緣
5 16壓電元件
5a壓電體
5b第一電極
5c第二電極
7AU3A壓電元件
17圓環(huán)狀壁
17a 缺口
17b觸點(diǎn)
18中心軸
19基板
25 36壓電元件
41壓電振動(dòng)體
42 45壓電元件
權(quán)利要求
1.一種壓電振動(dòng)器，其特征在于，包括振動(dòng)體，該振動(dòng)體具有外邊緣呈圓形或多邊形的板狀體；以及(4/3)n片壓電元件，該0/3)n片壓電元件固定于該振動(dòng)體的至少一個(gè)主面上，從而通過(guò)使所述振動(dòng)體振動(dòng)來(lái)產(chǎn)生η波的行波，所述η波的行波由Β(1，η)模式(其中，η為自然數(shù))的、相位相差90°的兩個(gè)駐波的合成所產(chǎn)生，并以旋轉(zhuǎn)的方式行進(jìn)，該0/3)η片壓電元件沿所述行波的旋轉(zhuǎn)方向分散配置，在將與所述行波的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的、繞所述旋轉(zhuǎn)方向中心的中心角設(shè)為λ θ時(shí)，各壓電元件具有與中心角λ 0/2相對(duì)應(yīng)的尺寸，并且相鄰的壓電元件彼此之間沿所述旋轉(zhuǎn)方向隔開(kāi)與中心角λ 0/4相對(duì)應(yīng)的間隔而配置，各壓電元件具有沿厚度方向極化的壓電體、以及形成于壓電體的兩面的一對(duì)電極，對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)方向上的每?jī)善瑝弘娫膲弘婓w，使極化方向?yàn)楹穸确较虻囊粋€(gè)方向或另一個(gè)方向。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電振動(dòng)器，其特征在于，對(duì)所述多片壓電元件進(jìn)行設(shè)置，使所述多片壓電元件位于所述Β(1，η)模式的駐波的振動(dòng)波腹上。
3.如權(quán)利要求2所述的壓電振動(dòng)器，其特征在于，將所述多片壓電元件配置于所述Β(1，η)模式的駐波的振動(dòng)波腹上，所述振動(dòng)波腹位于該駐波的環(huán)狀波節(jié)的內(nèi)側(cè)。
4.如權(quán)利要求3所述的壓電振動(dòng)器，其特征在于，將所述壓電振動(dòng)器設(shè)置于所述Β(1，η)模式的駐波的環(huán)狀振動(dòng)波節(jié)的內(nèi)側(cè)，使所述壓電振動(dòng)器未到達(dá)該波節(jié)的外側(cè)。
5.如權(quán)利要求1至4的任一項(xiàng)所述的壓電振動(dòng)器，其特征在于，所述壓電元件具有矩形的平面形狀。
6.如權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的壓電振動(dòng)器，其特征在于，還包括以從所述振動(dòng)體的一個(gè)主面突出的方式進(jìn)行設(shè)置的觸點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求6所述的壓電振動(dòng)器，其特征在于，作為所述觸點(diǎn)，在所述振動(dòng)體的一個(gè)主面上具有多個(gè)觸點(diǎn)，所述多個(gè)觸點(diǎn)分散配置在作為傳輸所述行波的區(qū)域的、圓環(huán)狀的區(qū)域內(nèi)。
8.一種超聲波電動(dòng)機(jī)，其特征在于，包括定子，該定子具有如權(quán)利要求1至7的任一項(xiàng)所述的壓電振動(dòng)器；以及轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子配置成與所述定子相接觸，接受由所述定子中產(chǎn)生的行波所引起的振動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明獲得一種利用B(1，n)模式(n為自然數(shù))的、相位相差90°的兩個(gè)駐波來(lái)產(chǎn)生行波的壓電振動(dòng)器，所述壓電振動(dòng)器能實(shí)現(xiàn)壓電元件成形工序、極化工序、以及制造工序的簡(jiǎn)化，從而能降低成本。為了通過(guò)B(1，n)模式的、相位相差90°的兩個(gè)駐波的合成來(lái)產(chǎn)生n波行波，在振動(dòng)體(4)的下表面上設(shè)置有(4/3)n片壓電元件(5～16)，在將該行波的波長(zhǎng)設(shè)為λ時(shí)，壓電元件(5～16)具有占據(jù)相當(dāng)于(1/2)λθ的中心角的周向長(zhǎng)度，且多片壓電元件(5～16)隔開(kāi)占據(jù)相當(dāng)于(1/4)λθ的中心角的間隔而配置，各壓電元件具有沿厚度方向進(jìn)行極化的壓電體、以及形成于壓電體兩面的一對(duì)電極，對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)方向上的每?jī)善瑝弘娫膲弘婓w，使極化方向?yàn)楹穸确较虻囊粋€(gè)方向或另一個(gè)方向。
文檔編號(hào)H02N2/00GK102224670SQ200980147068
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者淺野宏志 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所