专利名称：超声波电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及超声波电动机。
背景技术：
当前，较多地使用比电磁电动机小型、高转矩、长冲程并且高分辨率的超声
波电动机。关于这种超声波电动机，例如在日本特开2005—65358号公报中公开 了一种使用层叠压电元件的超声波电动机。
艮卩，在日本特开2005—65358号公报中公开的超声波电动机中，为了实现高
效率，在该层叠压电元件的纵向两端(即二个面)上设置有使内部电极短路的外 部电极，避开了层叠压电元件中的弯曲振动的波腹附近。
发明内容
但是，设置有上述外部电极的位置是层叠压电元件中的与纵向振动的波腹相 对应的位置。
另外，在日本特开2005—65358号公报中公开的超声波电动机中都没有考虑 层叠压电元件的配线所引起的效率的降低。从而，日本特开2005—65358号公报 中当然也没有涉及有关用于对向上述内部电极和上述外部电极进行供电的供电部 件的配线方法所引起的振动损耗即效率陶氐进行抑制的技术。
本发明鉴于上述情况，其目的在于提供一种抑制了供电部件所弓跑的振动损 耗的高效率的超声波电动机。
为了达到上述目的，本发明的第一方式涉及的超声波电动机，具有压电元件 和向上述压电元件进行供电的供电部件，将合成纵向振动模式和弯曲振动模式而 成的椭圆振动作为驱动力来驱动被驱动体，其特征在于，上述供电部件的引出方 向是与上述纵向振动模式的主要振动方向和上述弯曲振动模式的主要振动方向不 同的方向。
图1是示出本发明的一个实施方式涉及的超声波电动机的一个结构例的图。 图2是利用与驱动力导出部件附近的压电元件的变^:有关的等效质量m、由
4驱动力导出部件附近的压电元件的振动所产生的力F、供电部件所产生的负载K、 C，对本发明的一个实施方式涉及的超声波电动机进行模型化而示出的图。 图3A是示出构成，压电元件3的压电材料的一个结构例的图。 图3B是示出构成Jl3^E电元件3的压电材料的一个结构例的图。 图4是示出层叠多片图3A和图3B所示的压电材料并进行烧结时的层叠的一 例的模式图。
图5是示出连接了j，部件、驱动力导出部件和供电部件的压电元件的图。 图6是示出纵轴表示压电元件的振动振幅，横轴标压电元件的振动频率的 图表的图。
图7是示出图1 0f示的超声波电动机的结构的一个变形例的图。
具体实施例方式
以下，参照附图，关于本发明的一个实施方式涉及的超声波电动机进行说明。 图1是示出本发明的一个实施方式涉及的超声波电动机的一个结构例的图。
如该图所示，具有压电元件3;该压电元件3的保持部件5;被驱动部件7;用 于从上述压电元件3中的椭圆振动(以后详细叙述)得到驱动力来驱动上述被驱 动部件的驱动力导出部件9;压电元件3的外部电极11;用于向压电元件3供电
的例如由弓践构成的供电部件13。再有，利用焊接部15焊接外部电极11和供电 部件13。
在此，由保持部件5保持的压电元件3，通过驱动力导出部件9与被驱动部 件7接触，对被驱动部件7垂直施加按压力。
可是，若经供电部件13向压电元件3的外部电极11施加具有相位差的2个 交替信号，在该压电元件3中就产生合成了纵向振动模式和弯曲振动模式的椭圆 振动。
然后，安装在压电元件3上的驱动力导出部件9也进行与上述压电元件3同 样的椭圆振动。利用该驱动力导出部件9的椭圆运动，如上所述地驱动与驱动力 导出部件9接触的被驱动部件7。
在此，，外部电极11和上述供电部件13是用于驱动超声波电动机的必要 结构要件。但是，供电部件13也是使战压电元件3的振动产生损耗的负载。即， 供电部件13成为以前超声波电动机中的效率降低的原因。
具体地说，例如在供电部件13的延伸方向与压电元件3的纵向振动或弯曲振动的方向一致的情况下，压电元件3中的振动损耗更昆著。
图2是利用与驱动力导出部件9附近的变位有关的等效质量m、由驱动力导出部件9附近的振动所产生的力F、表示供电部件13所产生的负载的负载系数K、C，对图1所示的超声波电动机进行模型化而示出的图。
匕，驱动力导出部件9附近的振动方向中的运动方程式表示为数学式1
mX二F—KX—CX (式l)负载系数K、 C是根据供电部件13的延伸方向、种类、大小、接合方法和距驱动力导出部件9的距离等所决定的系数。变位量X表示对于驱动力导出部件9附近的主要变位方向的变位量。
另外，由于压电元件3中的压电效应所产生的战力F—定，因此，战(式1)可以表示为数学式2
mX= (const) — (KX+CX) (式2)
在此，由于使供电部件13的延伸方向成为独立于图2所示的振动方向X的方向，因此可以减小(式2)中的K和C的值。gp，即使不变更压电元件3的设计和制造方法，因为使供电部件13的延伸方向成为独立于上述振动方向X的方向，因此也能够实现降低了供电部件13所产生的振动损耗的高效率的超声波电动机。
再有，参照图2说明的模型中的上述振动方向X，可以看作是压电元件3的纵向振动中的振动方向和弯曲振动中的振动方向的两方。即，参照图2说明的模型是能够适用于压电元件3的纵向振动和弯曲振动这两者的一般化模型。
从而，通过使供电部件13的延伸方向成为独立于压电元件3中的纵向振动和弯曲振动两者的方向，能够降低供电部件13所产生的振动损耗到劇氐。具体地说，最好使供电部件13的延伸方向成为与压电元件3的纵向振动和弯曲振动中的振动方向呈90°角度的方向。
供电部件13产生的振动损耗越小，上述驱动力导出部件9附近的振动的加速度就越大。即，成为更高效率的超声波电动机。
以下，参照图3和图4说明本发明的一个实施方式涉及的超声波电动机的详细结构。
图3A和图3B是示出构成，压电元件3的压电材料的一个结构例的图。在本实施方式中，，压电元件3是交替层叠了多片图3A所示的压电材料21a和图3B所示的压电材料21b并进行烧结而成的。
首先，如图3A所示，在压电材料21a中，形成在其表面上的3个区域的内部电极23a、 25a、 27a向着矩形的该压电材料21a的同一^M^！(边A)延伸，并且具有向外周露出的露出部29a、 31a、 33a。
同样地，如图3B所示，在压电材料21b中，形成在其表面上的3个区域的内部电极23b、 25b、 27b向着矩形的该压电材料21b的同一个长边(边A)延伸，并且具有向外周露出的露出部29b、 31b、 33b。
在此，将，压电材料21a中的内部电极23a、 25a、 27a和上述压电材料21b中的内部电极23b、 25b、 27b配置成，在交替层叠多片压电材料21a和压电材料21b时，上述内部电极23a、 25a、 27a和上述内部电极23b、 25b、 27b分别对应地重复(参照后述的图4)。
另一方面，将上述压电材料21a中的露出部29a、 31a、 33a和上述压电材料21b中的露出部29b、 31b、 33b配置成，在交替层叠多片压电桐料21a和压电材料21b时，上述露出部29a、 31a、 33a和上述露出部29b、 31b、 33b相互不重复(全部露出部都相互不重复)。
再有，作为压电材料21a和压电材料21b的材料，例如使用锆钛酸铅等。此夕卜，假设压电材料21a和压电材料21b中的纸面垂直方向的厚度是10 200 ii m程度的任意厚度。
此夕卜，作为内部电极23a、 25a、 27a和内部电极23b、 25b、 27b的材料，例如使用能耐住压电材料烧结时的Mit的银钯等的高熔点的导电性材料。
图4是示出交替层叠多片图3所示的压电材料21a、 21b并进行烧结时的层叠的一例的模式图。如该图所示，在交替层叠了多片上述的压电材料21a、 21b并进行了烧结之后，上述露出部29a彼llt^间短路形傲卜部电极41。同样地，关于上述露出部31a、 33a、 29b、 31b、 33b，同一种露出部彼此之间也各自短路，分别形成外部电极43、 45、 47、 49、 51。
再有，假设外部电极41、 43、 45、 47、 49、 51的材料是厚度在10 y m以上的银钯或银等的导电性材料。
可是，通过对例如Jl^外部电极41、 43间进行极化处理，仅层叠方向上的共通区域即内部电极23a、 23b成为压电活性区域。在此，若对外部电极41、 43间施加交#{言号，就在该压电元件3中产生振动。
同样地，S31^t例如J^外部电极45、 47间进行极化处理，仅层叠方向上的共通区域即内部电极27a、 27b成为压电活性区域。在此，若对外部电极45、 47间施加交瞽信号，就在该压电元件3中产生振动。itW卜，同样地，通自例如上述外部电极49、 51间进行极化处理，仅，叠方向上是共通区域的内部电极25a、25b成为压电活性区域。在此，若对外部电极49、 51间施加交割言号，就在该压电元件3中产生振动。
上述内部电极23a、 23b所产生的压电活性区域和内部电极25a、 25b所产生的压电活性区域，在压电元件3中同时M纵向振动和弯曲振动时、或者在仅激励弯曲振动时进行使用。另一方面，内部电极27a、 27b所产生的压电活性区域，在激励压电元件3中的纵向振动或者检测该压电元件3的振动状态时进行4顿。
再有，假i^bi极化的方向任意。即，在同一压电材料中，有关内部电极23a、23b间的压电活性区域和内部电极25a、 25b间的压电活性区域，极化的方向即使不同也可以。此外，假设进行层叠的压电材料21a、 21b的片数任意。
图5是示出连接了保持部件5、驱动力导出部件9和供电部件13a的压电元件3的图。
如该图所示的供电部件13a所示，通过使用例如挠性印刷基板，在一个供电部件13a上汇集来自多个外部电极的连接线，能够减少部件个数。能够简化供电部件13a的连接工序。经由例如导电性粘结剂，利用热压焊接，对上述挠性印刷基板和外部电极11进4瑰接。再有，由于挠性印刷繊比较轻量，因此，与向外部电极焊接弓践的情况相比，降低振动损耗的效果进一步变大。
如以上说明地，根据本实施方式涉及的超声波电动机，能够提供一种抑制了供电部件所弓l起的振动损耗的高效率的超声波电动机。
具体地说，M使供电部件13的延伸方向成为独立于压电元件3中的纵向振动方向和弯曲振动方向的方向，能够如图6的图表所示地降低供电部件13所产生的振动损耗。
在此，图6是示出纵轴表示压电元件3的振动振幅，横轴表示压电元件3的振动频率的图表的图。在该图中，特性曲线71是本实施方式涉及的超声波电动机的特性曲线。另一方面，特性曲线73是以前的超声波电动机(供电部件的延伸方向与压电元件3中的纵向振动的方向或弯曲振动的方向一致 超声波电动机)的特性曲线。
艮P，如本实施方式涉及的超声波电动机这样地，在使供电部件13的延伸方向成为独立于压电元件3中的纵向振动方向和弯曲振动方向的方向的情况下，如特性曲线71所示，會的封导到振动振幅的损耗少的良好的驱动效率。
在本实施方式涉及的超声波电动机中，通过这样地降低供电部件所弓胞的振动损耗来提高驱动效率。
然后，根据本实施方式，为了肯,如上戶;Mi也降低供电部件13所产生的振动损耗，也可以在与压电元件3的振动中的波月歡寸应的位置上设置供电部件13和外部电极41、 43、 45、 47、 49、 51，供电部件13和外部电极41、 43、 45、 47、 49、51的设置场所没有限制，能^f共一种设计的自由度高的超声波电动机。
以上，基于一个实施方式说明了本发明，但本发明不限于上述的实施方式，可以在本发明的主旨的范围内进行各种各样的变形和应用。
图7是示出图1所示的超声波电动机的结构的一个变形例的图。
如上所述，在图l所示的例子中，压电元件3的纵向振动的方向与被驱动部件7的驱动方向是同一方向。另一方面，在图7所示的例子中，使压电元件3的弯曲振动的方向与被驱动部件7的驱动方向一致。
如图7所示，作为使压电元件3的弯曲振动的方向与被驱动部件7的驱动方向一致的结构，与图1所示的一个结构例的情况同样，通过使供电部件13的引出方向成为与纵向振动和弯曲振动不同的方向，能够得到与图1所示的一个结构例的效果同样的效果。
例如，关于内部电极的个数，在上述一个实施方式中，假设一个压电材料中的内部电极的个数是3个，但可以是2个或者4个以上，该情况下也能够与上述一个实施方式涉及的超声波电动机同样地构成。从而，最好有效地利用空间进行适当的设计。
另外，上述的实施方式中包含了各种各样的阶段的发明，可以利用所公开的多个结构要件的适当组合来抽取各种各样的发明。例如，即使从实施方式中示出的全部结构要件中删除几个结构要件，在能够解决在发明所要解决的问题中所述的问题，并且能得到发明效果中所述的效果的情况下，也可以抽取该结构要件删除后的结构作为发明。
权利要求
1、一种超声波电动机，具有压电元件(3)和向上述压电元件(3)进行供电的供电部件(13，13a)，该超声波电动机将合成纵向振动模式和弯曲振动模式而成的椭圆振动作为驱动力来驱动被驱动体(7)，其特征在于，上述供电部件(13，13a)的引出方向是与上述纵向振动模式的主要振动方向和上述弯曲振动模式的主要振动方向不同的方向。
2、 根据权利要求1戶腿的超声波电动机，其特征在于，战压电元件(3) 是交替层叠多片矩形的压电材料(21a、 21b)和形成在该压电材料(21a、 21b) 的表面上的多个内部电极(23a、 25a、 27a、 23b、 25b、 27b)而构成。
3、 根据权利要求2所述的超声波电动机，其特征在于，上述多个内部电极 (23a、 25a、 27a、 23b、 25b、 27b)向着上述压电材料(21a、 21b)中的同一个边延伸，并且经由上述压电元件(3)外周的露出部(29a、 31a、 33a、 29b、 31b、 33b)和外部电极(41、 43、 45、 47、 49、 51)与上述供电部件(13、 13a) 电超妾。
4、 根据权利要求3所述的超声波电动机，其特征在于，上述同一个边^i: 述矩形的压电桐料(21a、 21b)的长边。
5、 根据权禾腰求3戶舰的超声波电动机，其特征在于， 包括从J^压电元件(3 )中的椭圆振动得到驱动力来驱动Jl^被驱动体(7)的驱动力导出部件(9)，上述驱动力导出部件(9)设置在上述压电元件(3)的、与形成了上述外 部电极(41、 43、 45、 47、 49、 51)的面相对的面上。
6、 根据权禾腰求3戶腿的超声波电动机，其特征在于， 包括用于保持上述压电元件(3)的保持部件(5)，上述保持部件(5)设置在与形成了上述外部电极(41、 43、 45、 47、 49、 51)的面的同一面上。
7、 根据权利要求1所述的超声波电动机，其特征在于，上述供电部件(13、13a)由挠性印刷SIS构成。
8、 根据权利要求7所述的超声波电动机，其特征在于，上述挠性印刷繊 和上述压电元件(3)禾U用导电性粘结齐腿《瑰接。
9、 根据权利要求1戶腿的超声波电动机，其特征在于，战被驱动体(7) 被驱动的方向与战纵向振动模式的振动方向一致。
10、 根据权利要求1所述的超声波电动机，其特征在于，上述被驱动体(7) 被驱动的方向与上述弯曲振动模式的振动方向一致。
全文摘要
本发明的超声波电动机，具有压电元件(3)和向上述压电元件(3)进行供电的供电部件(13)，将合成纵向振动模式和弯曲振动模式而成的椭圆振动作为驱动力来驱动被驱动体(7)，上述供电部件(13)的引出方向是与上述纵向振动模式的主要振动方向和上述弯曲振动模式的主要振动方向不同的方向。
文档编号H02N2/00GK101689817SQ200880021859
公开日2010年3月31日 申请日期2008年6月19日 优先权日2007年6月27日
发明者坂井长英, 坂野博通, 清水盛通, 舟洼朋树 申请人:奥林巴斯株式会社