致动器的制作方法

专利名称：致动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够被用于驱动机械手的指尖等的利用振动的直线致
动器(linear actuator )。
背景技术：
关于使用振动体(vibrator)和压电元件的致动器，已知一些配置， 诸如超声波马达(motor)。特别地，使用致动器实现机械手的指尖的移 动要求实现相应于人的肌肉的小的直线运动机构。
日本专利出版物No. 4-72471公开了一种旋转超声波马达的结构。 利用在日本专利出版物No. 4-72471中公开的旋转马达实现机械手的指 尖的移动要求诸如螺钉的旋转到直线运动转换机构，这使得难以减小尺 寸。
在这方面，因为使用超声波振动的直线致动器能够用小的结构实现 直线移动，所以对于控制机械手的指尖，致动器是优选的。特别地，利 用压电元件的振动的细长管状(圆筒状)直线致动器能够应付机器人的 移动速度的增大、行程(stroke)的增大和精度的提高。对这样的直线致 动器的研究最近已经取得进展。
以下描述这样的圆筒状直线致动器。
图14A和14B显示日本专利公开No. 10-210776中公开的旋转和直 线运动集成型的超声波马达和包括它的电子装置。所述超声波马达包括 圆筒状定子101和与定子101的内或外表面接触的圆筒状动子(mover) 102。定子101具有圆筒状压电元件103、规则地布置在压电元件103的 内表面和外表面之一上的多个极化(polarization)电极104、和提供在 另一表面上的全表面电极107。动子102由定子101中产生的超声波振动 而驱动。在这种情况下，能够通过有选择地施加多种异相(out-of-phase)
交流电压到极化电极104来自由地在旋转和直线方向驱动动子102。
图15显示日本专利公开No. 5-49273中^^开的超声波直线马达。这 个超声波直线马达包括平行于行进方向振动的第一压电元件203a、穿 过第一压电元件203a的轴201、以及被布置成将第一压电元件203a夹在 中间且能够把持轴201并垂直于行进方向振动的第二和第三压电元件 203b和203c。在第一压电元件203a和轴201之间在径向提供间隙。设 置第二和第三压电元件203b和203c，以使在收缩和扩张时在压电元件 203b和203c与轴201的外直径之间分别存在紧缩余量(tightening margin)和间隙。能够通过改变施加到压电元件的交流电压的相位差来 改变驱动速度。
通常，根据有关技术的振动致动器使动子或定子作为振动体振动， 以在动子和定子的接触部分在行进方向产生基于摩擦的驱动力(推力)。
在日本专利公开No.10-210776中公开的旋转和直线运动集成型的 超声波马达中，能够通过有选择地施加多种交流电压到压电元件以使压 电元件振动，而自由地在旋转和直线方向驱动动子。
另外，在日本专利公开No. 5-49273公开的超声波直线马达中，通 过施加到第一压电元件的交流电压来在直线方向实现驱动。
然而，因为振动体是通过日本专利公开No. 10-210776和No. 5-49273 中公开的超声波马达中的压电元件构造的，因此存在以下未解决的问题。
1) 设计灵活性
在设计和制造利用振动体的振动的致动器时，振动体的形状与固有 振动(natural vibration )才莫式的形状和频率是直接关系到推力和移动速 度的主要的设计参数。然而，因为压电元件是烧结体，所以压电元件不 具有金属的机械强度，且机械加工方法为此也受限。相应地，在日本专 利公开No. 10-210776和No. 5-49273中公开的用压电元件形成振动体的 超声波马达中，实现大推力和高速移动的设计灵活性降低。
2) 振动体的耐久性
为了实现高速驱动，在利用振动的致动器中振动体必须以相当高的 速度振动。相应地，考虑到致动器的耐久性，振动体的材料必须能抵抗
反复变形，并且振动体的结构优选地是简单的和不能破坏的。另外，考
虑到材料中产生的热，振动体的材料必须具有小的内部衰减(damping)。 然而，在日本专利公开No. 10-210776和No. 5-49273中公开的用压 电元件形成振动体的超声波马达中，因为振动体具有其中电极将振动体 夹在中间的复杂结构以及高频的大振幅振动导致电极的震响(pealing)， 所以振动体不能实现高的耐久性。另外，因为压电元件具有大的内部衰 减，所以高速的大振幅振动不期望地增加产热量。
3) 振动体的接触力
另外，因为在利用振动的致动器中产生用作驱动力的摩擦力，所以 需要用于使振动体保持接近定子的接触力。如果该接触力太弱，则摩擦 力即驱动力降低。如果接触力太强，则所述力干扰振动体的振动并且不 期望地降低耐久性。相应地，在振动致动器中保持接触力恒定是重要的。 在圆筒状直线致动器的情况中，通过振动体和用作定子的圆形管的配合 (fit)精度来补偿这个接触力。
振动体和圆形管的配合精度依赖于压电元件中产生的热和大气温
度的变化而显著地变化。因此，构成振动体的压电材料与定子或动子的 材料优选地具有彼此尽可能相等的热膨胀系数。然而，因为圆形管通常 由金属等制成，所以当振动体由压电材料制成时热膨胀系数之间存在显 著差异，这因此增大热的影响。
4) 振动体的振动振幅和移动速度
通常，压电元件的变形比基本上等于10-5。相应地，当使用具有2mm 的直径的压电元件时，仅仅引起2.1(TSmm-20nm的变形。因为压电元件 的表面粗糙度远大于20nm,因此实现直径为2mm等的小的直线运动致 动器是困难的。
另外，在行进方向的移动速度等于驱动频率和振幅的乘积。因此， 小的振动振幅值等同于緩慢的移动速度。当压电元件的直径为2mm,圆 周方向中的振幅为20nm，以及行进方向中的分量为其1/10时，以50kHz 驱动的振动体的移动速度是20nm.l/10.50kHz=0.1mm/s，其是相当緩慢 的。
振动体需要以大振幅振动，从而实现高速移动。然而，如果振幅变 得太大，则存在于邻近于收缩部分的间隙中的诸如空气的流体被压缩，
并且其压力不期望地使振动体悬浮(超声波悬浮(levitation))。结果， 没有在接触部分产生摩擦且不能获得推力。即，大振幅振动不期望地降 低了推力。

发明内容
考虑到有关技术中涉及的未解决的问题，本发明提供一种具有小的 和简单的结构以及能够进行稳定的高速驱动的致动器。
根据本发明的一个方面，沿支撑部件移动动子的致动器包括动子。 所述动子包括管状的或板状的压电元件；提供在所述压电元件的第一 表面上的第一电极；提供在所述压电元件的所述第一表面的相反表面上 的第二电极；以及具有被固定到所述压电元件的端部和在所述支撑部件 和所述压电元件之间振动的振动部分的振动体。在所述致动器中，跨过 、across )第一电极和第二电极施加振动电压以振动所述压电元件，通过 所述振动体放大所述压电元件的振动，以及使所述振动部分和所述支撑 部件接触，从而移动所述动子。
本发明的进一步特征将从下面参考附图对示例性实施例的描述而 变得明显。


图1是显示根据本发明的第一示例性实施例的致动器的剖面图。 图2A到2C是说明在图1所示的致动器中产生行波的状态的示意图。
图3A到3D是说明用于制造图l所示的致动器的方法的示意图。 图4A和4B是分别显示根据本发明的第一示例性实施例的第一和第 二变化例的剖面图。
图5是显示根据本发明的第二示例性实施例的致动器的剖面图。 图6是显示根据本发明的第三示例性实施例的致动器的剖面图。图7是显示根据本发明的第四示例性实施例的致动器的剖面图。 图8A到8C是说明被用于图7所示的致动器中的驱动信号的示意图。
图9A和9B是说明驱动图7所示的致动器的方法的示意图。 图10是显示根据本发明的第四示例性实施例的致动器的变化例的 剖面图。
图11是显示根据本发明的第五示例性实施例的致动器的剖面图。 图12是显示根据本发明的第六示例性实施例的致动器的剖面图。 图13是显示4艮据本发明的第七示例性实施例的致动器的剖面图。 图14A和14B是显示根据有关技术的致动器的示意图。 图15是显示根据有关技术的致动器的示意图。
具体实施例方式
将参考附图描述本发明的示例性实施例。 笫一示例性实施例
图l显示根据本发明的笫一示例性实施例的致动器。管状部件l是 作为定子起作用的圆筒状部件。振动体2是圆筒状部件。振动体2的轴 向中央部的直径大于其端部的直径，且振动体具有中央部膨胀的形状。 这个膨胀部分被布置成与管状部件1配合。振动体2由诸如不锈的金属 或金属玻璃(metallic glass )形成。压电元件3是圆筒状的部件，并且被 固定到振动体2两端部的内表面上。在振动体2的中央部和压电元件3 之间形成间隙2a。
在压电元件3的内表面的各端部提供第一电极(分段电极)4a和笫 二电极(分段电极)4b。交流电源10a和10b跨过第一电极4a和振动体 2以及跨过第二电极4b和振动体2而施加振动电压，从而压电元件3振 动。相应地，振动体2也作为公共电极起作用。通过振动体2方文大压电 元件3的振动，并且在振动体2和管状部件1的接触部分产生的摩擦力 的变化被转变成驱动力，从而包括振动体2和压电元件3的动子在管状
部件1的轴向相对移动。
图2A到2C是说明将振动体2的振动转换成驱动力的原理的示意 图。为了解释的目的，图2A到2C夸大地显示振动振幅。参考图2A, 通过交流电源10a跨过第一电极4a和振动体2施加正弦波振动电压Va。
如图2B所示，跨过第一电极4a和振动体2施加的振动电压Va导 致圓筒状压电元件3在由箭头R1所示的直径方向振动。这个振动导致振 动体2以在直径方向具有振动振幅的振动模式在振动体2接近第一电极 4a的端部振动。
在振动体2接近第 一电极4a的端部产生的振动被转变为在振动体2 的轴向行进的行波，其由沿振动体2的箭头R2显示。这个行波的振幅由 于振动体2和与振动体2接触的管状部件1之间的摩擦以及振动体2的 内部衰减而逐渐地变小，并且到达振动体2接近第二电极4b的端部。
在这个示例性实施例中，包括振动体2和压电元件3的动子利用这 个行波在管状部件1的轴向相对移动。通常，其波前在一个方向行进的 波被称作行波，而其波前由于与在端部被反射的波干涉而不行进的波被 称作驻波。为了防止行波由于反射变成驻波，振动必须在与产生振动侧 相对的端部被吸收。
相应地，如图2A中所示，在这个示例性实施例中，交流电源10b 跨过第二电极4b和振动体2施加正弦波振动电压Vb。振动电压Vb具 有与振动电压Va相同的频率，但是具有不同的相位和振幅。通过最优化 振动电压Vb的相位和振幅，上述行波能够在振动体2的第二电极4b側 被吸收。即，行波被维持，而没有被转变为驻波。
图2C是说明使用沿箭头R2的方向行进的行波在管状部件1的轴向 相对移动包括振动体2和压电元件3的动子的原理的示意图。
在与管状部件1接触的振动体2中产生在箭头R2所示方向行进的 行波。行波导致振动体2在箭头R3所示方向椭圆形地振动。该椭圆形的
件l。以这样的方式，管状部件1在箭头R4所示方向相对于振动体2相 对移动。
这时，当椭圆形的振动的振幅增大时，推动管状部件l的力(驱动 力)变强并且移动速度增大，其作为致动器的特性因此是优选的。在这
个示例性实施例中，使用振动体2放大压电元件3的振动。这时，利用 振动体2的固有振动模式放大振幅。更具体地说，如果将振动施加到接 近振动模式的"节点(node )"的部分，则由于谐振而在接近振动模式的"环 (loop)，，的部分获得相当大的振幅。相应地，能够通过设置振动电压 Va和Vb的频率以匹配振动体2的固有频率，而使用谐振增加振动体2 的振动的振幅。
同时，为了改变致动器的移动方向，将行波的行进方向改变为相反 的方向。更具体地说，跨过第二电极4b和振动体2施加振动电压Va， 以及跨过第一电极4a和振动体2施加振动电压Vb。
在接近各端部的部分形成振动体2的平滑R形连接部分2b。用这 个R形能够显著地改善耐久性。因为这个连接部分2b包括接收由压电 元件3的激发力(excitation force )引起的强应力的区域，所以特别平滑 地连接这个区域是重要的。这个R形防止应力集中在一点上，并且改善 振动体2的强度。结果，改善了耐久性，并且能够以较大振幅产生振动， 这使得能够提供能进行高速驱动的致动器。
图3A到3D是说明用于制造振动体2的方法的示意图。
如图3A中所示，在圆筒状压电元件3的各末端上放置第一帽11。 每个帽11具有内直径大于压电元件3的外直径的掩盖(mask)部分lla。 掩盖部分lla掩盖压电元件3的各端部。
如图3B中所示，第一帽ll在其上的压电元件3然后祐JOv减射膜 沉积设备(没有示出)中，且在旋转压电元件3的同时形成牺牲层12。 这时，因为存在上述掩盖部分lla,所以牺牲层12的厚度朝着末端逐渐 地减小。可在酸和碱中溶解的诸如铝的金属以及可在有机溶剂中溶解的 大分子材料能够被用作牺牲层12的材料。
如图3C中所示，然后在压电元件3的各末端上放置笫二帽13。在 旋转压电元件3的同时在牺牲层12上形成用作振动体2的膜。作为振动 体2的材料，高度抵抗反复施加的应力的材料是优选的。例如，不锈系
列的材料或金属玻璃系列的材料是优选的。特别地，金属玻璃由非晶金 属原子组成。因为金属玻璃是非晶的，所以金属玻璃显示不同于通常金 属的高耐久性。更具体地说，非晶具有高硬度以及能够改善抗磨性。另 外，用金属玻璃制造管状部件1能够改善抗磨性。结果，能够实现具有 高得多的耐久性的致动器。
如图3D中所示，然后溶解牺牲层12以在振动体2和压电元件3之 间形成间隙2a。这时，为了使得用于溶解牺牲层12的溶剂与牺牲层12 接触，可以使用具有用激光等形成的多个微孔的振动体2。由于即使存 在于邻近接触部分的间隙中的空气被压缩，在振动体2中形成孔也允许 被压缩的空气通过孔逃逸，所以压力不增大。相应地，能够防止振动体 2的悬浮。结果，即使振动体2以大振幅振动，推力也不减小。
能够通过以这样的方式制造振动体2，而以平滑的R形来形成振动 体2和压电元件3的连接部分2b。
尽管在这个示例性实施例中振动体2用作公共电极，但是可以在压 电元件3的一侧上提供用作公共电极的导电薄膜。然而，因为当导电的 振动体2被用作公共电极时能够省略一个电极，所以能够简化结构。
另外，可以用足够软而不影响振动体2的振动的材料填充振动体2 和压电元件3之间的间隙。作为这样的软材料，具有低硬度的硅橡胶是 优选的。如果在上述制造步骤这样的软材料被用作牺牲层12并且牺牲层 被按照现在的样子留下，则制造变得更容易并且有利地减少了成本，因 为不需要去除牺牲层12的步骤。
如果响应振动体2的振动，反复地使振动体2与用作支撑部件的管 状部件1部分地接触和不接触，则空气压力可以防止振动体2与管状部 件1接触。这个现象被称作超声波悬浮。振动体2中形成的多个孩史孔能 够防止这种超声波悬浮。
变化例1
如图4A中所示，代替使用在其上形成有^UL的振动体2,预先在 压电元件3上形成孔3a，并且可以用与牺牲层12相同的材料填充孔3a。
通过将提供在压电元件3上的孔3a连接到要^^皮连接到制冷剂循环泵5的 通道，制冷剂能够通过间隙2a循环。如果压电元件3以高速和大振幅振 动，则产生的热量增大。通过引入制冷剂到压电元件3和振动体2之间 的间隙2a，能够去除这种热。结果，能够抑制压电元件3和振动体2的 温度的升高。
变化例2
振动体2和管状部件1的接触部分不必是平坦的。振动体2可以为 具有如图4B所示的波形部分2c的波紋(corrugated)板的形状。能够 通过在沉积牺牲层12时形成网状掩盖而容易地制造波紋板形状的振动体
在振动体2的振动期间，存在于振动体2和管状部件1之间的空气 的压力使振动体2悬浮。即，引起所谓的超声波悬浮。然而，由于即使 存在于邻近接触部分的间隙中的空气被压缩，振动体2的波紋板也允许 被压缩的空气从波紋板的凹槽逃逸，所以压力不增大。相应地，能够防 止振动体2的悬浮。结果，即使振动体2以大振幅振动，推力也不减小。
第二示例性实施例
图5是显示根据本发明的第二示例性实施例的致动器的剖面图。回 头参考显示根据第一示例性实施例的致动器的图1,包括振动体2和压电 元件3的动子在管状部件1内部相对移动。另一方面，在这个示例性实 施例中，包括圆筒状振动体22和压电元件23的动子在为实心管的管状 部件21的外部相对移动。
振动体22是圆筒状部件。轴向中央部的直径小于端部的直径。振 动体22为其中中央部是凹形的形状。这个凹形部分被布置成与管状部件 21配合。压电元件23是圆筒状部件，并且被固定到振动体22两端部的 外表面上。在振动体22的中央部和压电元件23之间形成间隙22a。
在压电元件23的外表面的各端部提供第一电极(分段电极)24a和 第二电极(分段电极)24b。交流电源20a和20b跨过第一电极24a和振
动体22以及跨过第二电极24b和振动体22分别施加振动电压Va和Vb， 从而压电元件23振动。相应地，振动体22也作为7>共电极起作用。通 过振动体22放大压电元件23的振动，并且在振动体22和管状部件21 的接触部分产生的摩擦力的变化被转变成驱动力，从而包括振动体22和 压电元件23的动子在管状部件21的轴向相对移动。
同时，因为在这个示例性实施例中采用与第一示例性实施例相同的 驱动方法，所以这里省略其描述。另外，这个示例性实施例提供类似于 第一示例性实施例的优点。
第三示例性实施例
图6是显示根据本发明的第三示例性实施例的致动器的剖面图。在 这个示例性实施例中，使用作为板状支撑部件的板状体31、以及包括板 状振动体32和板状压电元件33的动子。振动体32的两端部都被固定到 压电元件33。在用作振动部分的中央部形成间隙32a。
板状振动体32的平滑连接部分32b被连接到压电元件33在接近各 端部的部分。连接部分32b的R形能够显著地改善耐久性。振动体32 的中央部与板状体31接触。这里，假定重力的方向是向下的方向。这时， 因为振动体32由于其重量被压在板状体31上，所以振动体32没有被悬 浮，且接触状态被维持。
如在上述笫一示例性实施例的情况中，在压电元件33的各端部上 提供笫一电极34a和第二电极34b。交流电源30a和30b跨过第一电极 34a和振动体32以及跨过第二电极34b和振动体32分别施加振动电压 Va和Vb,从而压电元件33振动。通过振动电压Va和Vb产生的压电 元件33的振动被传输到振动体32,并且在振动体32中产生行波。振动 体32相对于与振动体32接触的板状体31移动。
根据这个示例性实施例，因为能够通过板状部件构成支撑部件，所 以能够通过简单地使用诸如溅射的膜沉积方法来制造振动体32。另外， 能够利用的力不仅仅是上述重力，用弹簧和磁铁产生的力也可以被用作 用于保持振动体32与用作支撑部件的板状体31接触的压力。
第四示例性实施例
现在将参考图7到图9B描述本发明的第四示例性实施例。在这个 示例性实施例中，将描述代替第 一 示例性实施例中利用的行波而利用驻 波的直线致动器的配置。从图7到图9B，对于与图l所示共有的部件赋 予相同或相似的数字，并且省略其描述。
图7和图l之间的差别在于，第一电极4a和第二电极4b被用图7 中形成在压电元件3的内表面上的电极4代替。另外，交流电源40a的 振动电压VI和交流电源40b的振动电压V2 ^f皮加法电路6合成 (combine),并且被跨过振动体2和电极4作为第三振动电压V3施加。 相应地，第三振动电压V3被施加到振动体2的两端。
将描述使用作为驻波的振动电压V3在管状部件1的轴向相对移动 包括振动体2和压电元件3的动子的原理。
如果交流电源40a跨过振动体2和电极4施加图8A中所示的第一 振动电压V1，则压电元件3在直径方向振动。第一振动电压V1以与振 动体2的固有频率匹配的频率间歇地(intermittently)波动。如图9A中 所示，这个振动到振动体2的传播使振动体2振动，并且产生在直径方 向以具有振动振幅的振动^^莫式波动的驻波。这个驻波是振动体2的固有 振动模式，以预定的频率谐振，并且能够提供大的振幅。基于这个振动， 反复地使布置在振动体2的外侧上的管状部件1与振动体2接触和不接 触。
如果交流电源40b跨过振动体2和电极4施加图8B中所示的第二 振动电压V2,则压电元件3不仅在直径方向而且在图9A和9B中分别 所示的箭头Ra和Rb所示的轴向变形。压电元件3重复在箭头Ra方向 扩展的运动和在箭头Rb方向收缩的运动。
相应地，如果在压电元件3被第二振动电压V2引起在箭头Ra的方 向扩展时施加第一振动电压VI，则使得振动体2与管状部件1接触，并 且管状部件1能够在箭头Ra的方向通过摩擦力被推动。相反，如果第一 振动电压VI的电平被降低，以使得振动振幅在压电元件3被第二振动电
压V2引起在箭头Rb的方向收缩时变小，则振动体2与管状部件1之间 的摩擦力变得相当地小，并且管状部件l被保持固定。
相应地，通过施加图8C中所示的通过合成第一振动电压VI和第二 振动电压V2获得的第三振动电压V3，重复图9A和9B中所示的状态。 这在管状部件1的轴向相对移动包括振动体2和压电元件3的动子。
同时，在使用两种振动电压V1和V2来振动压电元件3的方法中， 可以代替使用上述第三振动电压V3而单独地施加振动电压VI和V2。 在这种情况下，如图10中所示，必须配置致动器以4吏振动电压V1和V2 能够被分别地施加到电极4。
为了改变致动器的移动方向，在压电元件3在箭头Rb的方向收缩 时施加第一振动电压VI，并且第一振动电压VI的电平在压电元件3在 箭头Ra的方向扩展时被降低。相应地，能够通过改变两种振动电压VI 和V2的相位来改变移动方向。
第五示例性实施例
图11是显示根据本发明的第五示例性实施例的致动器的剖面图。这 个示例性实施例和第四示例性实施例之间的差别在于，电极4 ^皮分成三 段。如图11中所示，两个电极(分段电极)44a和44b位于各端部并且 电极(分段电极)44c位于中央部。
施加交流电源50a的振动电压VI到电极44a和44b。施加交流电 源50b的振动电压V2到位于中央部的电极44c。如果在压电元件3被振 动电压V2引起在轴向收缩的同时将振动电压Vl施加到两端部，则振动 体2被振动并且驻波的波前接触管状部件1。通过重复这个动作，包括振 动体2和压电元件3的动子在管状部件1的轴向相对移动。
第六示例性实施例
图12是显示根据本发明的第六示例性实施例的致动器的剖面图。 不同于上述第四示例性实施例，在这个示例性实施例中电极4 ^L分成两 段。如图12中所示，两个电极(分段电极)54a和54b被提供在各端部。
另外，在振动体2和压电元件3之间提供公共电极7。
分别地将交流电源60a和60b的相应的振动电压VI和V2施加到 电极54b和54a。如果在压电元件3被振动电压V2引起在轴向收缩的同 时将振动电压VI施加到两端部，则振动体2被振动并且驻波的波前接触 管状部件1。通过重复这个动作，包括振动体2和压电元件3的动子在管 状部件l的轴向相对移动。
因为独立于振动体2而提供公共电极7，所以能够使用例如铜和金 等的低电阻材料来形成电极。因为能够抑制由于流过电极的电流所造成 的热的产生，所以有利地抑制了温度的升高。
第七示例性实施例
图13是显示根据本发明的第七示例性实施例的致动器的剖面图。 在这个示例性实施例中，根据第四示例性实施例的包括振动体2和压电 元件3的动子在垂直于轴的平面处被截为一半，导致振动体2、压电元件 3、电极4和间隙2a。采用与第四示例性实施例相同的驱动方法。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但要理解的是，本发明 不限于所公开的示例性实施例。随附的权利要求的范围应被赋予最广的 解释以包括所有修改以及等同的结构和功能。
权利要求
1、一种沿支撑部件移动动子的致动器，包括支撑部件；布置成沿所述支撑部件相对移动的动子，所述动子包括压电元件，提供在所述压电元件的第一表面的一个端部处的第一电极，提供在所述压电元件的所述第一表面的另一个端部处的第二电极，和振动体，其中所述振动体的一端被固定到所述压电元件的所述第一表面的相反表面，所述振动体的另一端被固定到所述压电元件的所述第一表面的所述相反表面，并且所述振动体的中央部被布置成与所述支撑部件接触；和布置成将电压施加到所述第一电极、所述第二电极和所述振动体的电源装置，其中跨过所述第一电极和所述振动体以及跨过所述第二电极和所述振动体施加所述电压以振动所述压电元件，通过所述振动体放大所述压电元件的振动，并且通过所述振动体将放大的振动传输到所述支撑部件，从而沿所述支撑部件移动所述动子。
2、 根据权利要求l所述的致动器，其中所述支撑部件是管状部件， 所述压电元件是管状部件，所述振动体是位于所述压电元件的外側的管 状部件，并且包括所述振动体和所述压电元件的所述动子在所述支撑部 件的轴向沿所述支撑部件的内表面移动。
3、 根据权利要求1所述的致动器，其中所述支撑部件是圆筒状部 件或圆柱状部件，所述压电元件是管状部件，所述振动体是位于所述压 电元件的内侧的管状部件，并且包括所述振动体和所述压电元件的所述 动子在所述支撑部件的轴向沿所述支撑部件的外表面移动。
4、 根据权利要求l所述的致动器，其中所述支撑部件是板状部件， 所述压电元件是板状部件，所述振动体是位于所述支撑部件和所述压电 元件之间的板状部件，并且包括所述振动体和所述压电元件的所述动子 沿所述支撑部件的上表面移动。
5、 根据权利要求2到4任一项所述的致动器，其中通过在所述支 撑部件和所述动子的波前的接触部分处产生的摩擦来移动所述动子。
6、 根据权利要求2到4任一项所述的致动器，其中所述压电元件 的所述振动是通过跨过所述第一电极和所述振动体以及跨过所述第二电 极和所述振动体施加具有相同频率但不同相位和振幅的振动电压而在所 述振动体的振动部分处产生的行波。
7、 根据权利要求2到4任一项所述的致动器，其中所述压电元件 的所述振动是通过跨过所述第一电极和所述振动体以及跨过所述第二电 极和所述振动体交替地施加第 一振动电压和间歇的第二振动电压的合成 波而在所述振动体的振动部分处产生的驻波，所述第一振动电压使得所 述压电元件在轴向收缩，所述间歇的第二振动电压在所述第一振动电压 的增大或减小时具有与所述振动体的固有频率相同的频率。
8、 根据权利要求2到4任一项所述的致动器，其中所述压电元件 的所述振动是通过跨过所述第一电极和所述振动体以及跨过所述第二电 极和所述振动体交替地施加第 一振动电压和间歇的第二振动电压而在所 述振动体的振动部分处产生的驻波，所述第一振动电压使得所述压电元 件在轴向收缩，所述间歇的第二振动电压在所述第一振动电压的增大或 减小时具有与所述振动体的固有频率相同的频率。
9、 根据权利要求2到4任一项所述的致动器，其中所述第一电极 和所述第二电极被集成为单个电极，并且其中通过跨过单个集成的电极和所述振动体施加第 一振动电压和 间歇的第二振动电压的合成波而在所述振动体的振动部分处产生驻波， 所述第 一振动电压使得所述压电元件在轴向收缩，所述间歇的第二振动 电压在所述第一振动电压的增大或减小时具有与所述振动体的固有频率 相同的频率。
10、 根据权利要求2到4任一项所述的致动器，其中在所述振动体 中提供多个微孔。
11、 根据权利要求2到4任一项所述的致动器，其中所述振动体为 波紋板的形状。
12、 根据权利要求2到4任一项所述的致动器，其中用软材料填充 所述振动体的振动部分和所述压电元件之间的部分。
13、 根据权利要求2到4任一项所述的致动器，其中提供布置成将 制冷剂引入到所述振动体的振动部分和所述压电元件之间的部分并且使 所述制冷剂循环的管道装置。
14、 根据权利要求2到4任一项所述的致动器，其中所述振动体的 振动部分或所述支撑部件由金属玻璃形成。
全文摘要
本发明公开一种致动器。圆筒状压电元件被布置成与在中央和端部具有不同直径的圆筒状振动体共享轴，以固定在中央部形成间隙的振动体。跨过压电元件上的第一电极和振动体即第二电极施加振动电压，以振动所述振动体，并且使行波的波前与管状部件即配合到所述振动体的支撑部件接触。振动体的接触部分处的摩擦在管状部件的轴向移动包括振动体和压电元件的动子。通过使用独立于压电元件提供的振动体来放大振动振幅，实现了能够进行高速驱动的小致动器。
文档编号H02N2/02GK101350575SQ20081013366
公开日2009年1月21日 申请日期2008年7月18日 优先权日2007年7月20日
发明者下河边明, 孙东明, 明正谦, 根岸真人, 横松孝夫, 盛 汪, 秦诚一 申请人:佳能株式会社